Question

5．在“測定金屬的電阻率”實驗中，所用測量儀器均已校準(zhǔn)．待測金屬絲接入電路部分的長度約為50cm．
（1）用螺旋測微器測量金屬絲的直徑，其中某一次測量結(jié)果如圖1所示，其讀數(shù)應(yīng)為0.398 mm（該值接近多次測量的平均值）
（2）用伏安法測金屬絲的電阻Rx．實驗所用器材為：電池組（電動勢為3V，內(nèi)阻約1Ω）、電流表（內(nèi)阻約0.1Ω）、電壓表（內(nèi)阻約3kΩ）、滑動變阻器R（0～20Ω，額定電流為2A）額定電流2A）、開
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，進行實驗測量，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

由以上數(shù)據(jù)可知，他們測量Rx是采用圖2中的甲圖（填寫甲乙丙�。�

（3）圖3是測量Rx的實驗器材實物圖，圖中已連接了部分導(dǎo)線，滑動變阻器的滑片P置于變阻器的一端．請根據(jù)圖（2）所選的電路圖，補充完成圖3中實物間的連線，并使閉合開關(guān)的瞬間，電壓表或電流表不至于被燒壞．

（4）這個小組的同學(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)出了測量數(shù)據(jù)對應(yīng)的4個坐標(biāo)點．請在圖4中標(biāo)出第2、4、6次測量數(shù)據(jù)坐標(biāo)點，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)可以估算出金屬絲的電阻率約為C（填選項前的符號）．
A.1×10^-2Ωm     B.1×10^-3Ωm     C.1×10^-6Ωm    D.1×10^-8Ωm
（6）任何實驗測量都存在誤差．本實驗所用測量儀器均已校準(zhǔn)，下列關(guān)于誤差的說法中正確的選項是CD（有多個正確選項）．
A．用螺旋測微器測量金屬絲直徑時，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內(nèi)阻計算在內(nèi)，可以消除由測量儀表引起的系統(tǒng)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)于螺旋測微器的讀數(shù)，要先讀出固定刻度，再讀出可動刻度，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）按照電路原理圖進行實物圖的連接，注意導(dǎo)線不能交叉和滑動變阻器的連接方式．
（4）根據(jù)圖上所標(biāo)的點，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)誤差來源分析答題．

解答 解：（1）固定刻度讀數(shù)為0，可動刻度讀數(shù)為39.7，所測長度為0+39.8×0.01=0.398mm；
（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，用外接法測量誤差小，
實驗要描繪電阻的伏安特性曲線，要求電壓電流從接近0開始調(diào)節(jié)，所以應(yīng)該采用分壓接法，故選甲．
（3）注意連圖時連線起點和終點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）那么在連線時斷開開關(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，此時滑片P必須置于變阻器的左端．實物圖如右圖所示．
（4）描繪出第2、4、6三個點后可見第6次測量數(shù)據(jù)的坐標(biāo)點誤差太大舍去，然后出U-I圖線．如右圖所示；其中第4次測量數(shù)據(jù)的坐標(biāo)點在描繪出的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)可計算出ρ=1×10^-6Ω•m，故選：C．
（6）根據(jù)實驗誤差的性質(zhì)及產(chǎn)生的原因，可將誤差分為系統(tǒng)誤差和偶然誤差；由于實驗原理、儀器結(jié)構(gòu)上不夠完善等原因會產(chǎn)生系統(tǒng)誤差；在相同條件下，對同一物理量進行多次測量，由于各種偶然因素，會出現(xiàn)測量值時而偏大，時而偏小的誤差現(xiàn)象，這種類型的誤差叫做偶然誤差；由此可見，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)時帶來的誤差屬于偶然誤差，多次測量取平均值可減少偶然誤差．
A、用螺旋測微器測量金屬絲直徑時，由于讀數(shù)引起的誤差屬于偶然誤差，故A錯誤；
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錯誤；
C、若將電流表和電壓表的內(nèi)阻計算在內(nèi)，可以消除由測量儀表引起的系統(tǒng)誤差，故C正確；
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）0.398；（2）甲；（3）電路圖如圖所示；（4）4.5；（5）C；（6）CD．

點評 該題是綜合性較強的題，解答時注意一下幾方面：
1、對于長度的測量注意高中所要求的游標(biāo)卡尺和螺旋測微器的使用方法，讀書時是固定刻度的值與可動刻度的值得和．
2、會根據(jù)電壓表、電流表及被測電阻的阻值關(guān)系，確定電流表是內(nèi)接還是外接．
3、實物連接時，注意導(dǎo)線不能相交叉，并且要注意閉合電建時，分壓電路的輸出端電壓要為零．
4、會用電阻定律來求解導(dǎo)線的電阻率．