高中 | 螺旋测微器的读数和使用 题目答案及解析

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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$D=$                 $\;\rm mm$

[["$1.498$($1.497\\sim1.499$)"]]

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)。

["

","

","

","

"]
[["C"]]

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)。

[["$\\dfrac{\\pi D^{2}R_{x}}{4L}$"]]

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”)。

[["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)。

[["$\\dfrac{\\pi UR_{\\text{V}}D^{2}}{4L\\left( IR_{\\text{V}}-U \\right)}$"]]

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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