题目内容

12.在“测定金属的电阻率”的实验中,测量一根粗细均匀电阻丝的电阻率,需要测量金属丝的直径和长度,用伏安法测出现金属丝的电阻.
(1)用螺旋测微器测圆金属丝直径时,示数如图甲所示,此读数为d=0.535mm.现用最小分度为1mm的毫米刻度尺左端对齐零刻度线,测量金属丝的长度如图乙,则L=473.5mm.

(2)现再给你以下器材,要求测量该电阻丝的电阻,请在图丙的方框画出测量电阻的电路图.(作出电路图要规范)
A.电压表(0-3V,RV为30kΩ) 
B.电流表(0-0.6A,RA约1Ω)
C.被测电阻丝(RX约3Ω)
D.学生电源(选用4V)
E.滑动变阻器Rp(最大电阻20Ω)
F.开关S及导线若干
(3)为了减少偶然误差,通过改变滑动变阻器触头的位置,分别测量出了多组U、I的数据,并绘出U-I图线如图丁所示,若算出U-I图线的斜率为k,请用L、d、k等来表示出该金属电阻丝的电阻率ρ=$\frac{kπ{d}^{2}}{4L}$.(写表达式)

分析 (1)螺旋测微器固定刻度与可动刻度示数之和是螺旋测微器的示数;根据图示刻度尺确定其分度值,然后读出其示数.
(2)根据题意确定滑动变阻器与电流表的接法,然后作出实验电路图.
(3)根据图示图象求出金属丝的电阻,然后应用电阻定律求出金属丝的电阻率.

解答 解:(1)由图示螺旋测微器可知,其示数为:0.5mm+3.5×0.01mm=0.535mm;
由图示刻度尺可知,其分度值为1mm,金属丝的长度:L=473.5mm;
(2)待测金属丝电阻约为3Ω,电压表内阻约为30kΩ,电流表内阻约为1Ω,相对来说电压表内阻远大于待测金属丝电阻,电流表应采用外接法,滑动变阻器最大阻值为20Ω远大于待测 金属丝电阻,滑动变阻器可以采用限流接法,实验电路图如图所示:

(3)由图示图象可知:k=$\frac{U}{I}$=R,
金属丝电阻:R=ρ$\frac{L}{S}$=ρ$\frac{L}{π(\frac{d}{2})^{2}}$=k,则金属丝电阻率:ρ=$\frac{kπ{d}^{2}}{4L}$;
故答案为:(1)0.535;473.5;(2)电路图如图所示;(3)$\frac{kπ{d}^{2}}{4L}$.

点评 本题考查了螺旋测微器与刻度尺的读数,设计实验电路图,求金属丝的电阻率;要掌握常用器材的使用及读数方法;确定滑动变阻器与电流表的接法是设计电路的关键;应用伏安法测电阻时,如果待测电阻阻值远大于电流表内阻,电流表可以采用内接法,如果电压表内阻远大于待测电阻阻值,电流表应采用外接法.

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