【金版教程】2015屆高考物理大一輪總復習 專題精講 實驗七 測定金屬的電阻率課件

實驗七測定金屬的電阻率 01主干回顧固基礎 【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(shù)方法2掌握螺旋測微器和游標卡尺的原理及讀數(shù)方法3會用伏安法測電阻，進一步測定金屬的電阻率 【實驗原理】1. 游標卡尺的構造、原理及讀數(shù)(1)構造 (如圖)主尺、游標尺(主尺和游標尺上各有一個內、外測量爪)、游標尺上還有一個深度尺，尺身上還有一個緊固螺釘 (2)原理利用主尺的最小分度與游標尺的最小分度的差值制成不管游標尺上有多少個小等份刻度，它的刻度部分的總長度比主尺上的同樣多的小等份刻度少1 mm.常見的游標卡尺的游標尺上小等份刻度有10個的、20個的、50個的，見下表：刻度格數(shù)(分度)刻度總長度每小格與1 mm的差值精確度(可準確到)10 9 mm 0.1 mm 0.1 mm20 19 mm 0.05 mm 0.05 mm50 49 mm 0.02 mm 0.02 mm (3)讀數(shù)若用L0表示由主尺上讀出的整毫米數(shù)，x表示從游標尺上讀出與主尺上某一刻線對齊的游標的格數(shù)，則其讀數(shù)為LL0kx，其中k為精確度 2. 螺旋測微器的構造、原理及讀數(shù)(1)螺旋測微器的構造如下圖所示是常用的螺旋測微器它的測砧A和固定刻度S固定在尺架F上旋鈕K、微調旋鈕K和可動刻度H、測微螺桿P連在一起，通過精密螺紋套在S上 (2)螺旋測微器的原理測微螺桿P與固定刻度S之間的精密螺紋的螺距為0.5 mm，即旋鈕K每旋轉一周，P前進或后退0.5 mm，而可動刻度H上的刻度為50等份，每轉動一小格，P前進或后退0.01 mm.即螺旋測微器的精確度為0.01 mm.讀數(shù)時估讀到毫米的千分位上，因此，螺旋測微器又叫千分尺 (3)讀數(shù)測量時被測物體長度的整數(shù)毫米數(shù)由固定刻度讀出，小數(shù)部分由可動刻度讀出測量值(mm)固定刻度數(shù)(mm)(注意半毫米刻度線是否露出)可動刻度數(shù)(估讀一位)0.01(mm) 3. 伏安法測電阻(1)電流表的內接法和外接法的比較內接法外接法電路圖誤差原因電流表分壓U測UxUA電壓表分流I測IxIV (2)兩種電路的選擇阻值比較法：先將待測電阻的估計值與電壓表、電流表內阻進行比較，若Rx較小，宜采用電流表外接法；若Rx較大，宜采用電流表內接法 實驗試探法：按如圖所示接好電路，讓電壓表一根接線柱P先后與a、b處接觸一下，如果電壓表的示數(shù)有較大的變化，而電流表的示數(shù)變化不大，則可采用電流表外接法；如果電流表的示數(shù)有較大的變化，而電壓表的示數(shù)變化不大，則可采用電流表內接法 (3)滑動變阻器的限流式接法和分壓式接法接法限流式接法分壓式接法電路圖 接法限流式接法分壓式接法特點用電器和滑動變阻器的一部分串聯(lián)，另一部分不起作用；調節(jié)電壓的范圍不能從零開始變化；閉合開關前一定要使滑片P置于B端用電器和滑動變阻器的一部分并聯(lián)后和另一部分串聯(lián)；電壓可以從零調節(jié)到最大值；合上開關前滑片應在A端，以使負載Rx的電壓和電流最小適用條件滑動變阻器的最大阻值和用電器的阻值差不多且要求電壓不從零開始變化，通常情況下，由于限流式結構簡單、耗能小，優(yōu)先使用限流式滑動變阻器的最大阻值遠小于待測電阻的阻值；電壓要求從零變化；實驗儀器最大允許電流、電壓不夠，即連成限流式接法時，電壓或電流超過電表量程 (4)儀器選擇的三個原則安全性原則：通過電源、電阻、電流表、電壓表等的電流不能超過其允許的額定電流精確性原則：根據(jù)實驗的需要，選取精度合適的儀器，以盡可能的減小實驗誤差電壓表、電流表指針的偏角要大于滿偏的三分之一 操作方便：實驗時要調節(jié)方便，易于操作，比如對滑動變阻器，如果是用分壓法連入電路的，則應選用小量程的滑動變阻器，只有這樣，在移動滑片時，相應的用電器上的電壓變化才會明顯；如果選用大量程的滑動變阻器，就會出現(xiàn)在移動滑片時，剛開始時用電器上的電壓幾乎不變，過了某位置后又突然增大的現(xiàn)象，不易操作 【實驗器材】毫米刻度尺、螺旋測微器、直流電流表和直流電壓表、滑動變阻器(阻值范圍050 )、電池組、開關、被測金屬絲、導線若干【實驗步驟】 2. 將金屬絲兩端固定在接線柱上懸空掛直，用毫米刻度尺測量接入電路的金屬絲長度(即有效長度)，反復測量三次，求出平均值l.3. 按照原理圖(如圖所示)連好電路 4. 把滑動變阻器調到接入電路中的電阻值最大的位置，檢查無誤后，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值和電壓值記錄在表格中，斷開S，求出金屬絲電阻Rx的平均值5. 整理儀器 【數(shù)據(jù)處理】1. 在求Rx的平均值時可用兩種方法： 【誤差分析】1. 金屬絲直徑、長度的測量帶來誤差3. 通電電流過大，時間過長，致使電阻絲發(fā)熱，電阻率隨之變化帶來誤差 【注意事項】1螺旋測微器的使用(1)測量前須校對零點：先使測砧A與測微螺桿P并攏，觀察可動刻度的零刻度線與固定刻度的軸向線是否重合，以及可動刻度的邊緣與固定刻度的零刻度線是否重合，不重合時，用存放在螺旋測微器盒中的工具調節(jié)，直到完全重合為止 (2)測量時，當測微螺桿P將要接觸被測物體時，要停止使用旋鈕K，改用微調旋鈕K，以避免P和被測物體間產生過大的壓力這樣，既可以保護儀器，又能保證測量結果準確當聽到“咔、咔”聲后，停止轉動，即可讀數(shù)(3)螺旋測微器應估讀一位，即以mm作單位，應讀到小數(shù)點后面第三位(4)為防止讀出的數(shù)據(jù)出現(xiàn)差錯，可在讀數(shù)前估計大概讀數(shù)值，若發(fā)現(xiàn)最后讀數(shù)與開始估計數(shù)值相差較大，立即檢查出錯原因，如半毫米刻度線是否露出 2測定金屬的電阻率(1)為了方便，測量直徑應在導線連入電路前進行，為了準確測量金屬絲的長度，應該在連入電路之后在拉直的情況下進行，測量待測導線接入電路的兩個端點之間的長度(2)本實驗中被測金屬絲的電阻值較小，故須采用電流表外接法(3)開關S閉合前，滑動變阻器的阻值要調至最大(4)電流不宜太大(電流表用00.6 A量程)，通電時間不宜太長，以免金屬絲溫度升高，導致電阻率在實驗過程中變大 (5)實驗連線時，應先從電源的正極出發(fā)，依次將電源、開關、電流表、待測金屬絲、滑動變阻器連成干路，然后再把電壓表并聯(lián)在待測金屬絲的兩端 02典例突破知規(guī)律 考點1基本儀器的讀數(shù)典例透析2012課標全國卷某同學利用螺旋測微器測量一金屬板的厚度該螺旋測微器校零時的示數(shù)如圖(a)所示，測量金屬板厚度時的示數(shù)如圖(b)所示圖(a)所示讀數(shù)為_mm，圖(b)所示讀數(shù)為_mm，所測金屬板的厚度為_mm. 嘗試解答0.010(填0.009或0.011同樣給分)6870(填6.869或6.871同樣給分)6860(答案在6.8586.862范圍內同樣給分)螺旋測微器的精確度為0.01 mm，固定刻度讀數(shù)時要注意半毫米刻度線是否露出，可動尺讀數(shù)時要估讀到毫米的千分位圖(a)所示讀數(shù)為1.00.01 mm0.010 mm.圖(b)所示固定刻度讀數(shù)為6.5 mm，可動尺讀數(shù)為37.00.01 mm0.370 mm，圖(b)所示讀數(shù)為(6.50.370) mm6.870 mm.金屬板的厚度為(6.8700.010) mm6.860 mm. 變式訓練(1)某學生用螺旋測微器測量不同金屬導線的直徑，其示數(shù)如圖(a)(b)(c)所示，該金屬導線的直徑讀數(shù)為：(a)_mm(b)_mm(c)_mm (2)用游標為50分度的游標卡尺測量某工件的長度時，示數(shù)如圖(d)所示，則測量結果應該讀作_mm. (3)正確讀出圖中各表的讀數(shù)：如圖(e)，接03 V量程時讀數(shù)為_V；接015 V量程時讀數(shù)為_V.如圖(f)，接03 A量程時讀數(shù)為_ A；接00.6 A量程時讀數(shù)為_ A. 解析：(1)(a)讀數(shù)4.5 mm9.20.01 mm4.592 mm(b)讀數(shù)1.5 mm38.00.01 mm1.880 mm(c)讀數(shù)8.5 mm10.00.01 mm8.600 mm.(2)讀數(shù)10 mm200.02 mm10.40 mm(3)讀數(shù)2.18 V讀數(shù)10.8 V.讀數(shù)0.80 A，讀數(shù)0.028 A估讀部分0.160 A. 答案：(1)(a)4.592(4.5914.594均對) (b)1.880(1.8791.881均對) (c)8.600(8.5998.601均對)(2)10.40 (3)2.1810.80.800.160 考點2實驗過程及數(shù)據(jù)處理典例透析2013北京高考某同學通過實驗測定一個阻值約為5 的電阻RX的阻值 (1)現(xiàn)有電源(4 V，內阻可不計)、滑動變阻器(050 ，額定電流2 A)、開關和導線若干，以及下列電表：A電流表(03 A，內阻約0.025 )B電流表(00.6 A，內阻約0.125 )C電壓表(03 V，內阻約3 k)D電壓表(015 V，內阻約15 k) 為減小測量誤差，在實驗中，電流表應選用_，電壓表應選用_(選填器材前的字母)；實驗電路應采用圖1中的_ (選填“甲”或“乙”) (2)圖2是測量RX的實驗器材實物圖，圖中已連接了部分導線請根據(jù)在(1)問中所選的電路圖，補充完成圖2中實物間的連線圖2 圖3 (4)若在(1)問中選用甲電路，產生誤差的主要原因是_；若在(1)問中選用乙電路，產生誤差的主要原因是_(選填選項前的字母)A電流表測量值小于流經RX的電流值B電流表測量值大于流經RX的電流值C電壓表測量值小于RX兩端的電壓值D電壓表測量值大于RX兩端的電壓值 (5)在不損壞電表的前提下，將滑動變阻器滑片P從一端滑向另一端，隨滑片P移動距離x的增加，被測電阻RX兩端的電壓U也隨之增加，下列反映Ux關系的示意圖中正確的是_ 嘗試解答(1)BC甲(2)如圖所示 (3)5.2(4)BD(5)A (2)見答案(4)甲電路中產生誤差的原因是由于電壓表的分流作用，使電流表的示數(shù)大于流過RX的電流，選項B正確；乙電路的誤差來源于電流表的分壓作用，電壓表示數(shù)為RX和電流表的電壓之和，選項D正確 變式訓練2012北京高考在“測定金屬的電阻率”實驗中，所用測量儀器均已校準待測金屬絲接入電路部分的長度約為50 cm.(1)用螺旋測微器測量金屬絲的直徑，其中某一次測量結果如圖1所示，其讀數(shù)應為_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3 V，內阻約1 )、電流表(內阻約0.1 )、電壓表(內阻約3 k)、滑動變阻器R(020 ，額定電流2 A)、開關、導線若干某小組同學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 7U/V 0.10 0.30 0.70 1.00 1.50 1.70 2.30I/A 0.020 0.060 0.160 0.220 0.340 0.460 0.520 由以上實驗數(shù)據(jù)可知，他們測量RX是采用圖2中的_圖(選填“甲”或“乙”) (3)圖3是測量RX的實驗器材實物圖，圖中已連接了部分導線，滑動變阻器的滑片P置于變阻器的一端請根據(jù)(2)所選的電路圖，補充完成圖3中實物間的連線，并使閉合開關的瞬間，電壓表或電流表不至于被燒壞 (4)這個小組的同學在坐標紙上建立U、I坐標系，如圖4所示，圖中已標出了與測量數(shù)據(jù)對應的4個坐標點請在圖4中標出第2、4、6次測量數(shù)據(jù)的坐標點，并描繪出UI圖線由圖線得到金屬絲的阻值RX_(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_(填選項前的符號)A1102 mB1103 mC110 6 m D1108 m (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，下列關于誤差的說法中正確的選項是_(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阻引起的誤差屬于偶然誤差C若將電流表和電壓表的內阻計算在內，可以消除由測量儀表引起的系統(tǒng)誤差D用UI圖象處理數(shù)據(jù)求金屬絲電阻可以減小偶然誤差 解析：(1)主尺半刻度線未露出，讀數(shù)為0 mm，螺旋尺的讀數(shù)為39.80.01 mm0.398 mm，所以此螺旋測微器讀數(shù)為(00.398)mm0.398 mm. (3)實物連圖時要注意：開關閉合前，滑動變阻器應處于零阻值處，以使待測電阻的分壓最?。粦ＷC開關能控制整個電路的通斷；電流從電壓表和電流表正極流入 (4)在坐標系中描出2、4、6次測量數(shù)據(jù)對應的點，然后連線由于第6個數(shù)據(jù)描點偏差太大，舍棄不用；圖線的斜率即為RX的阻值，由圖象可知，RX4.4 . (6)由于讀數(shù)而引起的誤差是偶然誤差，由于電壓表與電流表的內阻而引起的誤差是系統(tǒng)誤差，A、B錯誤若將電流表和電壓表的內阻計算在內，則消除了電表內阻對實驗的影響，即消除了由測量儀表引起的系統(tǒng)誤差，C正確用UI圖象處理數(shù)據(jù)，體現(xiàn)了多次測量求平均值的思想，而且剔除了個別偶然誤差比較大的點，如圖線中的第6個點，D正確 答案：(1)0.398(0.3950.399均正確)(2)甲(3)見解析(4)見解析4.4(4.34.7均正確)(5)C(6)CD 考點3“替代法”對電阻的測量典例透析2012廣東高考某同學測量一個圓柱體的電阻率，需要測量圓柱體的尺寸和電阻(1)分別使用游標卡尺和螺旋測微器測量圓柱體的長度和直徑，某次測量的示數(shù)如圖甲和圖乙所示，長度為_cm，直徑為_mm. (2)按圖丙連接電路后，實驗操作如下：將滑動變阻器R1的阻值置于最_(選填“大”或“小”)處；將S2撥向接點1，閉合S1，調節(jié)R1，使電流表示數(shù)為I0； 將電阻箱R2的阻值調至最_(選填“大”或“小”)，將S2撥向接點2；保持R1不變，調節(jié)R2，使電流表示數(shù)仍為I0，此時R2阻值為1280 ；由此可知，圓柱體的電阻為_. 嘗試解答(1)5.01_5.315_(2)大_大_1280(1)游標卡尺的讀數(shù)為l(500.11) mm50.1 mm5.01 cm.螺旋測微器的讀數(shù)為d(531.50.01) mm5.315 mm.(2)電學實驗的設計要遵循科學性原則、安全性原則和準確性原則此電路中滑動變阻器是以限流方式接入電路中的，故在步驟中合上開關前應使其接入電路中的阻值為最大，以保證電路安全同理步驟中亦將電阻箱R 2的阻值調至最大 等效法的應用 (1)在效果不變的條件下，對研究背景進行分解、變換、替代、重組，使它們更符合各種理想化模型或規(guī)律，從而把復雜問題轉化為簡單問題或常見問題 (2)明確兩個不同的物理現(xiàn)象或物理過程的等效條件、范圍及物理意義，達到準確應用等效法的目的 (3)保證效果相同是應用等效法的前提 變式訓練如圖為測量電阻Rx的電路原理圖，R為電阻箱，R為起保護作用的滑動變阻器，電源E的電動勢約為6 V，S為單刀雙擲開關，電流表量程為0.6 A. (1)以下四種規(guī)格的滑動變阻器，最適合本實驗的是_A1 B. 10 C. 100 D. 1000 (2)請在圖中以筆畫線代替導線按實驗原理圖將實物圖補充完整 ( 3 )請簡述測量待測電阻R x的實驗步驟_(4)一同學想利用本實驗電路測電源電動勢，需將開關擲于_位置該電路滑動變阻器R接入電路部分的電阻未知，能否測出電源的內阻r？_. 解析：本題考查了等效替代法測電阻的原理及滑動變阻器的選擇(1)由實驗電路可知，滑動變阻器在電路中起限流作用，因為電源E的電動勢約為6 V，電流表量程為0.6 A，要想滑動變阻器起到保護作用，合適的應該是10 的滑動變阻器(2)根據(jù)電路圖可將實物圖補充完整，如圖所示(3)在測量Rx時，先將開關擲于a，記下電流表示數(shù)I；再將開關擲于b，調節(jié)電阻箱R，使電流表示數(shù)達到I，電阻箱讀數(shù)即為Rx阻值 (4)要測電源電動勢，需將開關擲于b位置，調節(jié)電阻箱取不同阻值，記錄不同阻值及對應電流值，可求得電源電動勢，而如果不知道滑動變阻器的電阻，就只能求出電源內阻和滑動變阻器接入電路的電阻之和，無法測出電源的內阻答案：(1)B(2)如圖所示(3)將開關S擲于a，記下電流表示數(shù)I；將開關S擲于b，調節(jié)電阻箱R，使電流表示數(shù)達到I，電阻箱讀數(shù)即為Rx阻值(4)b不能 考點4用表格圖象分析實驗數(shù)據(jù)典例透析2011浙江高考在“探究導體電阻與其影響因素的定量關系”實驗中，為了探究3根材料未知、橫截面積均為S0.20 mm2的金屬絲a、b、c的電阻率，采用如圖所示的實驗電路，M為金屬絲c的左端點，O為金屬絲a的右端點，P是金屬絲上可移動的接觸點在實驗過程中，電流表讀數(shù)始終為I1.25 A，電壓表讀數(shù)U隨OP間距離x的變化如下表： x/mm 600 700 800 900 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2100 2200 2300 2400U/V 3.95 4.50 5.10 5.90 6.50 6.65 6.82 6.93 7.02 7.15 7.85 8.50 9.05 9.75 (1)繪出電壓表讀數(shù)U隨OP間距離x變化的圖線；(2)求出金屬絲的電阻率，并進行比較嘗試解答(1)如圖所示 (2)見解析 變式訓練某同學在做課題研究時，打算測定自來水的電阻率他先在一根均勻的長玻璃管兩端各裝了一個電極，兩電極相距L0.700 m，其間充滿待測的自來水，并設計如圖甲所示電路選用器材如下：電壓表(量程15 V，內阻約30 k)、電流表(量程300 A，內阻約50 )、滑動變阻器(100 、1 A)、電池組(電動勢E12 V，內阻r6 )、單刀單擲開關一個、導線若干 下表是他測量通過管中自來水柱的電流及兩端電壓的實驗數(shù)據(jù)實驗中他還用20分度的游標卡尺測量了玻璃管的內徑，結果如圖乙所示U/V 1.0 3.0 5.0 7.0 9.0 11.0I/A 22 65 109 155 190 240 根據(jù)以上材料，請回答下面的問題：(1)玻璃管內徑d的測量值為_cm.(2)根據(jù)上表數(shù)據(jù)在下圖坐標中作出UI圖象，并根據(jù)圖象求出電阻R_ . (3)用直接測量值計算自來水電阻率的公式是_，測量值為_m(保留兩位有效數(shù)字)(4)請你根據(jù)設計好的電路連接實物圖 解析：(1)(30140.05) mm30.70 mm3.070 cm(2) (4)