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高中 | 螺旋测微器的读数和使用题目答案及解析如下,仅供参考!
选修3-1
第二章 恒定电流
2.6 导体的电阻
螺旋测微器的读数和使用
一学习小组测量某金属丝的电阻率,所用电路实验器材如下:
$\rm A$.待测金属丝$R_{x}$(电阻约$4\;\rm \Omega$)
$\rm B$.电流表$\rm A$($0∼0.6\;\rm A$,内阻约$0.6\;\rm \Omega$)
$\rm C$.电压表$\rm V$($0∼3\;\rm V$,内阻约$3\;\rm k\Omega$)
$\rm D$.滑动变阻器$R_{1}$($0∼5\;\rm \Omega$,$2\;\rm A$)
$\rm E$.电源$E$(电动势$3\;\rm V$)
$\rm F$.开关,导线若干
用螺旋测微器测量金属丝的直径时,测量结果如图所示,可知金属丝直径的测量值$D=$ $\;\rm mm$。
根据螺旋测微器的读数规律,该读数为$1.0\;\rm mm+49.8\times0.01\;mm=1.498\;mm$
为使金属丝两端电压调节范围尽量大,并使测量结果尽量准确,图所示的四个电路中,应该选用的是$(\quad\ \ \ \ )$(选填电路图下面的序号)。
题中要求使金属丝两端电压调节范围尽量大,可知,控制电路中滑动变阻器选择分压式接法。因题中已知待测金属丝的电阻约$4 \Omega$,则有$\dfrac{R_{\text{V}}}{R_{x}} \gt \dfrac{R_{x}}{R_{\text{A}}}$
即电流表分流影响较大,测量电路应排除电流表分压影响,采用电流表外接法,可知,所给电路图第三个满足要求。
故选:$\rm C$。
实验中用刻度尺测得金属丝接入电路中的长度为$L$,结合以上测量结果可知,该金属丝电阻率的表达式$\rho=$ (结果用$\pi$、$D$、$L$、$R_{x}$表示)。
根据电阻定律有$R_{x}= \rho\dfrac{L}{S}$
导线的横截面积$S=\dfrac{\pi D^{2}}{4}$
解得$\rho=\dfrac{\pi D^{2}R_{x}}{4L}$
该小组经过正确的操作与计算得到的电阻率的测量值比其真实值 (选填“偏大”或“偏小”)。
因电流表外接法导致电流的测量值偏大,所以电阻的测量值偏小,结合上述可知,电阻率的测量值偏小。
实验结束后,小明对实验原理进行了深入的思考,提出了减小金属丝电阻值测量的系统误差的方法。他通过查阅资料得知了实验中使用的电压表的内阻为$R_{V}$和电流表的内阻为$R_{A}$,然后利用第($2$)问中所选电路重新进行实验并记录了电压表的示数$U$和电流表的示数$I$,则此实验所得出的金属丝电阻率更精确的测量值的表达式$\rho=$ (结果用$\pi$、$D$、$L$、$R_{V}$、$R_{A}$、$U$、$I$表示)。
根据欧姆定律有$R_{x}= \dfrac{U}{I_{\text{R}}}$
流过电阻的电流$I_{\text{R}}=I-\dfrac{U}{R_{\text{V}}}$
结合上述可知,电阻率为$\rho=\dfrac{\pi D^{2}R_{x}}{4L}$
解得$\rho=\dfrac{\pi UR_{\text{V}}D^{2}}{4L\left( IR_{\text{V}}-U \right)}$
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