Question

8．在“測(cè)定金屬的電阻率”實(shí)驗(yàn)中，所用測(cè)量?jī)x器均已校準(zhǔn)．待測(cè)金屬絲接入電路部分的長(zhǎng)度約為50cm．
（1）用螺旋測(cè)微器測(cè)量金屬絲的直徑，其中某一次測(cè)量結(jié)果如圖1所示，其讀數(shù)應(yīng)為0.397mm（該值接近多次測(cè)量的平均值）．
（2）用伏安法測(cè)金屬絲的電阻R_x．實(shí)驗(yàn)所用器材為：電池組（電動(dòng)勢(shì)3V，內(nèi)阻約1Ω）、電流表（內(nèi)阻0.1Ω）、電壓表（內(nèi)阻約3kΩ）、滑動(dòng)變阻器R（0～20Ω，額定電流2A）、開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線若干．
某小組同學(xué)利用以上器材正確連接好電路，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量，記錄數(shù)據(jù)如下：

次數(shù)	1	2	3	4	5	6	7
U/V	0.10	0.30	0.70	1.00	1.50	1.70	2.30
I/A	0.020	0.060	0.160	0.220	0.340	0.460	0.520

由以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，他們測(cè)量R_x是采用圖2中的甲圖（選填“甲”或“乙”）．

（3）圖是測(cè)量R_x的實(shí)驗(yàn)器材實(shí)物圖，圖3中已連接了部分導(dǎo)線，滑動(dòng)變阻器的滑片P置于變阻器的一端．請(qǐng)根據(jù)（2）所選的電路圖，補(bǔ)充完成圖3中實(shí)物間的連線，并使閉合開(kāi)關(guān)的瞬間，電壓表或電流表不至于被燒壞．

（4）這個(gè)小組的同學(xué)在坐標(biāo)紙上建立U、I坐標(biāo)系，如圖4所示，圖中已標(biāo)出了與測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的4個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)．請(qǐng)?jiān)趫D中標(biāo)出第2、4、6次測(cè)量數(shù)據(jù)的坐標(biāo)點(diǎn)，并描繪出U-I圖線．由圖線得到金屬絲的阻值R_x=4.5Ω（保留兩位有效數(shù)字）
（5）根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以估算出金屬絲電阻率約為C（填選項(xiàng)前的符號(hào)）．
A．1×10^-2Ω•m  B．1×10^-3Ω•m   C．1×10^-6Ω•m  D．1×10^-8Ω•m
（6）任何實(shí)驗(yàn)測(cè)量都存在誤差．本實(shí)驗(yàn)所用測(cè)量?jī)x器均已校準(zhǔn)，下列關(guān)于誤差的說(shuō)法中正確的選項(xiàng)是D
A．用螺旋測(cè)微器測(cè)量金屬絲直徑時(shí)，由于讀數(shù)引起的誤差屬于系統(tǒng)誤差
B．由于電流表和電壓表內(nèi)阻引起的誤差屬于偶然誤差
C．若將電流表和電壓表的內(nèi)阻計(jì)算在內(nèi)，可以消除由測(cè)量?jī)x表引起的偶然誤差
D．用U-I圖象處理數(shù)據(jù)求金屬絲電阻可以減小偶然誤差．

Answer 1

分析 （1）關(guān)于螺旋測(cè)微器的讀數(shù)，要先讀出固定刻度，再讀出可動(dòng)刻度，然后相加即可得出結(jié)果．
（2）根據(jù)數(shù)據(jù)比較電壓表、電流表和被測(cè)電阻的阻值關(guān)系，確定可采取的電路．
（3）按照電路原理圖進(jìn)行實(shí)物圖的連接，注意導(dǎo)線不能交叉和滑動(dòng)變阻器的連接方式．
（4）根據(jù)圖上所標(biāo)的點(diǎn)，做出U--I圖線，從而可得出電阻值
（5）把以上數(shù)據(jù)代入電阻定律，可得出結(jié)果；
（6）根據(jù)誤差來(lái)源分析答題．

解答 解：（1）固定刻度讀數(shù)為0，可動(dòng)刻度讀數(shù)為39.7，所測(cè)長(zhǎng)度為0+39.7×0.01=0.397mm；
（2）由記錄數(shù)據(jù)根據(jù)歐姆定律可知金屬絲的電阻R_x約5Ω．則有R_x＜$\sqrt{{R}_{A}{R}_{V}}$，屬于小電阻，用外接法測(cè)量誤差小，由（3）知是用伏安特性曲線來(lái)測(cè)量電阻的，就要求電壓電流從接近0開(kāi)始調(diào)節(jié)，所以應(yīng)該采用分壓接法，故選甲．
（3）注意連圖時(shí)連線起點(diǎn)和終點(diǎn)在接線柱上并且不能交叉，結(jié)合（2）可知應(yīng)該連接成外接分壓接法（甲）那么在連線時(shí)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)且使R_x兩端的電壓為0．先連外接電路部分，再連分壓電路部分，此時(shí)滑片P必須置于變阻器的左端．實(shí)物圖如右圖所示，
（4）描繪出第2、4、6三個(gè)點(diǎn)后可見(jiàn)第6次測(cè)量數(shù)據(jù)的坐標(biāo)點(diǎn)誤差太大舍去，然后出U-I圖線．如右圖所示；其中第4次測(cè)量數(shù)據(jù)的坐標(biāo)點(diǎn)在描繪出的U-I圖線上，有：
R_x=$\frac{1}{0.22}$=4.5Ω
（5）根據(jù)電阻定律R=ρ$\frac{L}{S}$，得ρ=R$\frac{S}{L}$，代入數(shù)據(jù)可計(jì)算出ρ=1×10^-6Ω•m，故選：C．
（6）根據(jù)實(shí)驗(yàn)誤差的性質(zhì)及產(chǎn)生的原因，可將誤差分為系統(tǒng)誤差和偶然誤差；由于實(shí)驗(yàn)原理、儀器結(jié)構(gòu)上不夠完善等原因會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)誤差；在相同條件下，對(duì)同一物理量進(jìn)行多次測(cè)量，由于各種偶然因素，會(huì)出現(xiàn)測(cè)量值時(shí)而偏大，時(shí)而偏小的誤差現(xiàn)象，這種類型的誤差叫做偶然誤差；由此可見(jiàn)，電流表、電壓表的內(nèi)阻引起的誤差為系統(tǒng)誤差，電流表、電壓表的讀數(shù)引起的誤差和讀取數(shù)據(jù)時(shí)帶來(lái)的誤差屬于偶然誤差，多次測(cè)量取平均值可減少偶然誤差．
A、用螺旋測(cè)微器測(cè)量金屬絲直徑時(shí)，由于讀數(shù)引起的誤差屬于偶然誤差，故A錯(cuò)誤；
B、由于電流表和電壓表內(nèi)阻引起的誤差屬于系統(tǒng)誤差，不可避免的，故B錯(cuò)誤；
C、若將電流表和電壓表的內(nèi)阻計(jì)算在內(nèi)，可以消除由測(cè)量?jī)x表引起的系統(tǒng)誤差，故C錯(cuò)誤；
D、用U-I圖象處理數(shù)據(jù)求金屬絲電阻，可以減小偶然誤差，故D正確；
故答案為：（1）0.397；（2）甲；（3）如上圖所示；（4）4.5；（5）C；（6）D．

點(diǎn)評(píng) 該題是綜合性較強(qiáng)的題，解答時(shí)注意一下幾方面：
1、對(duì)于長(zhǎng)度的測(cè)量注意高中所要求的游標(biāo)卡尺和螺旋測(cè)微器的使用方法，讀書(shū)時(shí)是固定刻度的值與可動(dòng)刻度的值得和．
2、會(huì)根據(jù)電壓表、電流表及被測(cè)電阻的阻值關(guān)系，確定電流表是內(nèi)接還是外接．
3、實(shí)物連接時(shí)，注意導(dǎo)線不能相交叉，并且要注意閉合電建時(shí)，分壓電路的輸出端電壓要為零．
4、會(huì)用電阻定律來(lái)求解導(dǎo)線的電阻率．