2019年高考物理大一輪復習 實驗08 測定金屬的電阻率學案 新人教版

實驗08測定金屬的電阻率一、實驗目的1掌握電流表、電壓表和滑動變阻器的使用方法及電流表和電壓表的讀數方法；2掌握螺旋測微器和游標卡尺的原理及讀數方法；3會用伏安法測電阻，進一步測定金屬的電阻率二、實驗原理由電阻定律R得R.金屬導線的電阻R用伏安法測量，金屬導線的長度l用毫米刻度尺測量，金屬導線的橫截面積S可由其直徑d算出，即S2，直徑d可由螺旋測微器測出三、實驗器材被測金屬絲、螺旋測微器、毫米刻度尺、電池組、電流表、電壓表、滑動變阻器、開關、導線若干四、實驗步驟1直徑測定：用螺旋測微器在被測金屬導線上的三個不同位置各測一次直徑，求出其平均值d，計算出導線的橫截面積S.2電路連接：按如圖所示的原理電路圖連接好用伏安法測電阻的實驗電路3長度測量：用毫米刻度尺測量接入電路中的被測金屬導線的有效長度，反復測量3次，求出其平均值l.4U、I測量：把滑動變阻器的滑片調節(jié)到使接入電路中的電阻值最大的位置，電路經檢查確認無誤后，閉合開關S，改變滑動變阻器滑片的位置，讀出幾組相應的電流表、電壓表的示數I和U的值，記入表格內，斷開開關S.5拆去實驗線路，整理好實驗器材 (2018·長春質檢)(1)某實驗小組在“測定金屬電阻率”的實驗過程中，正確操作獲得金屬絲直徑以及電流表、電壓表的讀數如圖甲、乙、丙所示，則金屬絲的直徑的讀數是_.(2)已知實驗中所用的滑動變阻器阻值范圍為010 ，電流表內阻約幾歐，電壓表內阻約20 k.電源為干電池(不宜在長時間、大功率狀況下使用)，電動勢E4.5 V，內阻很小則圖丁電路圖中_(填電路圖下方的字母代號)電路為本次實驗應當采用的最佳電路但用此最佳電路測量的結果仍然會比真實值偏_.(填“大”或“小”)(3)若實驗所用的電流表內阻的準確值RA是已知的，那么準確測量金屬絲電阻Rx的最佳電路應是圖丁中的_電路(填電路圖下的字母代號)此時測得電流為I、電壓為U，則金屬絲電阻Rx_(用題中字母代號表示)解析：(1)螺旋測微器先讀固定部分為0.5 mm，可動部分可估讀為38.0×0.01 mm0.380 mm，故總示數為：(0.50.380)mm0.880 mm；電流表量程為0.6 A，則最小刻度為0.02，指針所示為0.42 A；電流表量程為3 V，最小刻度為0.1 V，則讀數為2.25 V.(2)因電源不能在大功率下長時間運行，則本實驗應采用限流接法；同時電壓表內阻較大，由以上讀數可知，待測電阻的內阻約為5 ，故采用電流表外接法誤差較小，故選A；在實驗中電壓表示數準確，但電流測量的是干路電流，故電流表示數偏大，則由歐姆定律得出的結果偏小(3)因已知電流表內阻準確值，則可以利用電流表內接法準確求出待測電阻；故應選B電路；待測電阻及電流表總電阻R，則待測電阻RxRRARA答案：(1)0.880 mm(2)A小(3)BRA一、數據處理1在求R的平均值時可用兩種方法(1)用R分別算出各次的數值，再取平均值(2)用UI圖線的斜率求出2計算電阻率將記錄的數據R、l、d的值代入電阻率計算式R.二、誤差分析1金屬絲的橫截面積是利用直徑計算而得，直徑的測量是產生誤差的主要來源之一2采用伏安法測量金屬絲的電阻時，由于采用的是電流表外接法，測量值小于真實值，使電阻率的測量值偏小3金屬絲的長度測量、電流表和電壓表的讀數等會帶來偶然誤差4由于金屬絲通電后發(fā)熱升溫，會使金屬絲的電阻率變大，造成測量誤差三、注意事項1先測直徑，再連電路：為了方便，測量直徑時應在金屬絲連入電路之前測量2電流表外接法：本實驗中被測金屬絲的阻值較小，故采用電流表外接法3電流控制：電流不宜過大，通電時間不宜過長，以免金屬絲溫度過高，導致電阻率在實驗過程中變大 (2018·河南開封模擬)在“測定金屬的電阻率”的實驗中，某同學所測的金屬導體的形狀如圖甲所示，其橫截面為空心的等邊三角形，外等邊三角形的邊長是內等邊三角形邊長的 2 倍，內三角形為中空為了合理選用器材設計測量電路，他先用多用表的歐姆擋“×1”按正確的操作步驟粗測其電阻，指針如圖乙，則讀數應記為_.現利用實驗室的下列器材，精確測量它的電阻 R，以便進一步測出該材料的電阻率 ：A電源E(電動勢為3 V，內阻約為1 )B電流表(量程為00.6 A，內阻r1 約為1 )C電流表(量程為00.6 A，內阻r25 )D最大阻值為10 的滑動變阻器R0E開關S，導線若干(1)請在圖丙虛線框內補充畫出完整、合理的測量電路圖(2)先將R0調至最大，閉合開關S，調節(jié)滑動變阻器R0，記下各電表讀數，再改變R0進行多次測量在所測得的數據中選一組數據，用測量量和已知量來計算R時，若的示數為I1，的示數為I2，則該金屬導體的電阻 R_. (3)該同學用直尺測量導體的長度為L，用螺旋測微器測量了外三角形的邊長a.測邊長a時，螺旋測微器讀數如圖丁所示，則a_mm.用已經測得的物理量 R、L、a 等可得到該金屬材料電阻率的表達式為_.解析：多用電表讀數為：6×1 6 ；(1)測量電路如圖所示；(2)由歐姆定律可知：I2r2(I1I2)R，解得R；(3)螺旋測微器讀數a5.5 mm0.01 mm×16.35.663 mm；導體的截面積為Sa22a2，則根據歐姆定律R，解得答案：6(1)電路圖見解析(2)R(3)5.663(5.6615.665)方法1伏安法測電阻伏安法測電阻是電學實驗的基礎，是高考考查的熱點，也是難點它滲透在電學實驗的各個環(huán)節(jié)中，如測未知電阻、測電阻率、測各種電表內阻等特點：大內小外(內接法測量值偏大，測大電阻時應用內接法測量，測小電阻時應采用外接法測量)方法2伏伏法測電阻(電壓表的靈活選用)若電壓表內阻已知，則可將其當作電流表、電壓表和定值電阻來使用(1)如圖甲所示，兩電壓表的滿偏電流接近時，若已知的內阻R1，則可測出的內阻R2R1.(2)如圖乙所示，兩電壓表的滿偏電流IV1IV2時，若已知的內阻R1，并聯一定值電阻R0后，同樣可得的內阻R2.方法3安安法測電阻(電流表的靈活選用)若電流表內阻已知，則可將其當作電流表、電壓表以及定值電阻來使用(1)如圖甲所示，當兩電流表所能測得的最大電壓接近時，如果已知的內阻R1，則可測得的內阻R2.(2)如圖乙所示，當兩電流表的滿偏電壓UA2UA1時，如果已知的內阻R1，串聯一定值電阻R0后，同樣可測得的電阻R2. 用伏安法測定一個待測電阻Rx的阻值(阻值約為200 )，實驗室提供如下器材：電池組E：電動勢3 V，內阻不計；電流表A1：量程015 mA，內阻約為100 ；電流表A2：量程0300 A，內阻為1 000 ；滑動變阻器R1：阻值范圍020 ，額定電流2 A；電阻箱R2，阻值范圍09 999 ，額定電流1 A；開關S、導線若干要求實驗中盡可能準確地測量Rx的阻值，請回答下列問題：(1)為了測量待測電阻兩端的電壓，可以將電流表_(填寫器材代號)與電阻箱串聯，并將電阻箱阻值調到_，這樣可以改裝成一個量程為3.0 V的電壓表(2)在圖中畫出完整測量Rx阻值的電路圖，并在圖中標明器材代號(3)調節(jié)滑動變阻器R1，兩表的示數如圖所示，可讀出電流表A1的示數是_mA，電流表A2的示數是_A，測得待測電阻Rx的阻值是_.解析：(1)把A2和R2串聯起來充當電壓表，此電壓表量程為3 V，R2 1 000 9 000 .(3)由圖可知，電流表A1的示數為8.0 mA，電流表A2的示數是150 A，待測電阻阻值為Rx 191 .答案：(1)A29 000(2)電路如圖(3)8.0150191 方法4半偏法測電表內阻(1)半偏法近似測量電流表內阻如圖所示，測量電流表的內阻，操作步驟如下：斷開S2、閉合S1，調節(jié)R0，使表滿偏為I0；保持R0不變，閉合S2，調節(jié)R，使表讀數為；由上得RAR.(2)半偏法近似測量電壓表內阻如圖所示，測量電壓表的內阻，操作步驟如下：滑動變阻器的滑片滑至最右端，電阻箱的阻值調到最大；閉合S1、S2，調節(jié)R0，使表示數指到滿偏刻度斷開S2，保持R0不變，調節(jié)R，使表指針指到滿刻度的一半；由上得RVR. (2015·全國卷)電壓表滿偏時通過該表的電流是半偏時通過該表電流的兩倍某同學利用這一事實測量電壓表的內阻(半偏法)，實驗室提供的器材如下：待測電壓表(量程3 V，內阻約為3 000 )，電阻箱R0(最大阻值為99 999.9 )，滑動變阻器R1(最大阻值100 ，額定電流2 A)，電源E(電動勢6 V，內阻不計)，開關2個，導線若干(1)虛線框內為該同學設計的測量電壓表內阻的電路圖的一部分，將電路圖補充完整(2)根據設計的電路，寫出實驗步驟：_.(3)將這種方法測出的電壓表內阻記為RV，與電壓表內阻的真實值RV相比，RV_RV(填“>”、“”或“<”)主要理由是_.解析：(1)由于R1的總阻值遠小于測量電路總電阻，故控制電路采用分壓式接法，電路圖見答案(2)(3)見答案答案：(1)實驗電路圖如圖所示(2)移動滑動變阻器的滑片，以保證通電后電壓表所在支路分壓最?。婚]合開關S1、S2，調節(jié)R1，使電壓表的指針滿偏；保持滑動變阻器滑片的位置不變，斷開S2，調節(jié)電阻箱R0使電壓表的指針半偏；讀取電阻箱所示的電阻值，此即為測得的電壓表內阻(3)>斷開S2，調節(jié)電阻箱使電壓表成半偏狀態(tài)，電壓表所在支路總電阻增大，分得的電壓也增大；此時R0兩端的電壓大于電壓表的半偏電壓，故RV>RV方法5“電橋”法測電阻在ab間接一靈敏電流計如圖所示，當其讀數為零時即Uab0，相當于ab間斷路，此時ab , 則有IR1IR3，IR2IR4，兩式相除得R1/R2R3/R4即R1R4R2R3 此時交叉電阻的乘積相等，所以知道其中任意三個電阻就可以求出第四個電阻的阻值 (2017·全國卷)某同學利用如圖(a)所示的電路測量一微安表(量程為100 A，內阻大約為2 500 )的內阻可使用的器材有：兩個滑動變阻器R1、R2(其中一個阻值為20 ，另一個阻值為2 000 )；電阻箱Rz(最大阻值為99 999.9 )；電源E(電動勢約為1.5 V)；單刀開關S1和S2.C、D分別為兩個滑動變阻器的滑片 圖(a)(1)按原理圖(a)將圖(b)中的實物連線(2)完成下列填空：R1的阻值為_ (填“20”或“2 000”)為了保護微安表，開始時將R1的滑片C滑到接近圖(a)中滑動變阻器的_端(填“左”或“右”)對應的位置；將R2的滑片D置于中間位置附近將電阻箱Rz的阻值置于2 500.0 ，接通S1.將R1的滑片置于適當位置，再反復調節(jié)R2的滑片D的位置最終使得接通S2前后，微安表的示數保持不變，這說明S2接通前B與D所在位置的電勢_(填“相等”或“不相等”)將電阻箱Rz和微安表位置對調，其他條件保持不變，發(fā)現將Rz的阻值置于2 601.0 時，在接通S2前后，微安表的示數也保持不變待測微安表的內阻為_(結果保留到個位)(3)寫出一條提高測量微安表內阻精度的建議：_.解析：(1)根據原理圖(a)，將圖(b)中的實物連線如圖所示(2)滑動變阻器R1在實驗中為控制電路，且為分壓接法，應選總阻值小的滑動變阻器，故R1的阻值為20 .為了保護微安表，S1閉合時，微安表上的電壓為零，故開始時應將R1的滑片C滑到滑動變阻器的左端接通S2前后，微安表的示數保持不變，說明S2閉合后，沒有電流流過S2，故B、D兩點的電勢相等實驗過程中，由于測量電路，即由Rz、R2組成的電路的阻值很大，可認為測量電路兩端的電壓不變，故與Rz互換后通過R2、Rz和的電流不變，電路如圖所示由于B、D兩點的電勢相等，對于圖甲，I1RAI2RI1Rz1I2R，即對于圖乙，I1Rz2I2RI1RAI2R.即所以所以RA 2 550 . (3)提高測微安表內阻的精度，可減小系統(tǒng)誤差，如調節(jié)R1上的分壓，盡可能使微安表接近滿量程答案：(1)見解析圖(2)20左相等2 550(3)調節(jié)R1上的分壓，盡可能使微安表接近滿量程10