2020版高考物理一轮复习第8章实验8测定金属的电阻率教学案新人教版.docx

实验八测定金属的电阻率1实验目的(1)掌握螺旋测微器及游标卡尺的原理及读数方法。(2)掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法。(3)会用伏安法测电阻，进一步测定金属的电阻率。2实验原理 由R得，用伏安法测出金属丝的电阻R，用毫米刻度尺测出金属丝的长度l，金属丝的横截面积S可由其直径d算出，即S，直径d可由螺旋测微器测出。3实验器材金属丝、螺旋测微器、电流表、电压表、滑动变阻器、直流电源、开关、导线若干、毫米刻度尺。4实验步骤(1)用螺旋测微器在金属丝的三个不同位置各测一次直径，求出平均值d。(2)按伏安法测电阻的原理连接实验电路。(3)用毫米刻度尺测量接入电路的金属丝的有效长度3次，求出平均值l。(4)先把滑动变阻器的阻值调到最大，再闭合开关，改变滑动变阻器的阻值，读出几组电流表、电压表的示数。(5)采用平均值法或图象法求电阻R。(6)把测量数据代入电阻率公式R，计算出金属丝的电阻率。5注意事项(1)本实验中被测金属丝的电阻值较小，因此电路采用电流表外接法。(2)闭合开关前，要使滑动变阻器电阻值调到最大。(3)实验时通电时间不宜过长，电流不宜过大。考点一| 仪表的读数1螺旋测微器(1)原理：螺旋测微器上的螺纹距为0.5 mm，旋钮每转一周，前进或后退0.5 mm，旋钮上的刻度为50等份，每转动一小格，旋钮前进或后退0.01 mm，即螺旋测微器的精确度为0.01 mm，读数时估读到0.001 mm。(2)读数：测量值(mm)(固定刻度数可动刻度数0.01)mm注意：(a)读固定刻度时，注意半毫米刻度线是否露出。(b)读可动刻度时，注意要估读一位。2游标卡尺(1)原理：利用主尺的最小分度与游标尺的最小分度的差值制成，此差值等于游标卡尺的精确度，记住表中三种游标卡尺的精确度：游标尺刻度格数刻度总长度精确度109 mm0.1 mm2019 mm0.05 mm5049 mm0.02 mm(2)读数：测量值(mm)(XK精确度) mmX为主尺上的整毫米数，K为游标尺与主尺上某一刻线对齐的游标格数。注意：(1)读数前要先确定游标卡尺的精确度；(2)不要把游标尺的左边沿看成零刻度线；(3)游标卡尺不需要估读，但要保持和精确度相同的位数。(1)如图甲所示的三把游标卡尺，它们的游标尺从上至下分别为10等分、20等分、50等分，它们的读数依次为_mm，_mm，_mm。(2)使用螺旋测微器测量金属丝的直径示数如图乙所示，则金属丝的直径是 _mm。甲乙(3)图丙使用0.6 A量程时，图中表针示数是_A；当使用3 A量程时，图中表针示数为_A。图丁使用较小量程时，图中表针的示数为_V。若使用的是较大量程，图中表针示数为_V。丙丁(4)旋钮式电阻箱如图戊所示，电流从接线柱A流入，从B流出，则接入电路的电阻为_。今欲将接入电路的电阻改为2 087 ，最简单的操作方法是_。戊答案：(1)17.7 mm23.85 mm3.18 mm(2)2.150 mm(3)0.442.201.708.5(4)1 987将“1 k”旋钮调到2，再将“100”旋钮调到0考点二| 实验电路和器材选择1伏安法测电阻的两种连接方法电流表内接法电流表外接法电路图误差原因电流表分压U测UxUA电压表分流I测IxIV电阻测量值R测RxRARx测量值大于真实值R测Rx测量值小于真实值2.伏安法测电阻的电路选择(1)比较法：先将待测电阻的估计值与电压表、电流表内阻进行比较，若Rx较小，采用电流表外接法；若Rx较大，采用电流表内接法。(2)计算法Rx时，用电流表内接法。(3)试探法：如图所示，让电压表的一根接线P先后与a、b处接触，如果电压表的示数变化较大，用电流表外接法；如果电流表的示数变化较大，用电流表内接法。3选择器材(1)选择器材的原则：安全、精确、方便。在保证不超过电压表和电流表量程的条件下，尽量使指针偏角大些，精确度更高些。(2)选择器材的思路：先估算回路中电流和电压的最大值，结合已知器材的规格，确定实验电路和实验器材。1(2018天津高考)某同学用伏安法测定待测电阻Rx的阻值(约为10 k)，除了Rx、开关S、导线外，还有下列器材供选用：A电压表(量程01 V，内阻约10 k)B电压表(量程010 V，内阻约100 k)C电流表(量程01 mA，内阻约30 )D电流表(量程00.6 A，内阻约0.05 )E电源(电动势1.5 V，额定电流0.5 A，内阻不计)F电源(电动势12 V，额定电流2 A，内阻不计)G滑动变阻器R0(阻值范围010 ，额定电流2 A)(1)为使测量尽量准确，电压表选用_，电流表选用_，电源选用_。(均填器材的字母代号)(2)画出测量Rx阻值的实验电路图。(3)该同学选择器材、连接电路和操作均正确，从实验原理上看，待测电阻测量值会_其真实值(选填“大于”“小于”或“等于”)，原因是_。解析：本题考查伏安法测电阻。(1)由于Rx的阻值约为10 k，电压表内阻应远大于10 k，故电压表应选B；电路电流最大值约为1 mA，故电流表应选C；电源应选F。(2)因Rx，属于大电阻，故电流表采用内接法，而滑动变阻器R0的阻值小于Rx，则滑动变阻器R0采用分压式接法，如答案图所示。(3)由于电压表的读数为电阻Rx和电流表内阻的分压和，而电流表的读数是流过Rx的实际电流，故待测电阻测量值会大于其真实值。答案：(1)BCF(2)如图所示(3)大于电压表的读数大于待测电阻两端实际电压(其他正确表述也可)2(2017海南高考)某同学用伏安法测量待测电阻的阻值。现有器材为：待测电阻R(阻值约为5 )电源(电动势3 V)滑动变阻器(阻值范围010 )电流表(量程0.6 A,3 A)电压表(量程3 V,15 V)开关，导线若干。实验要求在测量电路中将电流表外接，滑动变阻器起限流作用。回答下列问题：(1)按照实验要求在图(a)中画出实物连线图。(a)(2)若已按实验要求接线，闭合开关后移动滑动变阻器的滑片，电压表的示数始终约为3 V，电流表的示数始终接近0。写出产生这种现象的一个原因：_。(3)在连线正确后，闭合开关。电压表和电流表的示数分别如图(b)和图(c)所示。由图可知，电压表读数为_ V，电流表读数为_A。由此可得待测电阻的阻值为_ (结果保留3位有效数字)。(b)(c)解析：(1)因为电源电动势为3 V，则电压表的量程选用3 V，根据欧姆定律知，电流的最大值大约0.6 A，则电流表量程选择0.6 A，根据实物图进行连线。(2)闭合开关后移动滑动变阻器的滑片，电压表的示数始终约为3 V，电流表的示数始终接近0，产生这种现象的原因是待测电阻R断路，由于电压表内阻非常大，导致电流表电流接近0，电压表电压测得是电源电压。(3)由图可知，电压表的读数为2.20 V，电流的读数为0.48 A，根据欧姆定律得，待测电阻R 4.58 。答案：(1)如图所示(2)待测电阻R断路(3)2.200.484.58考点三| 数据处理与误差分析1数据处理(1)平均值法：测量多组电流、电压值，求出对应的电阻后取平均值。(2)图象法：作出UI图象，由图象的斜率求出电阻值。连线时要让各点均匀分布在直线的两侧，舍去个别明显偏离较远的点。2误差分析(1)偶然误差：金属丝直径、长度的测量带来的误差。(2)系统误差：若为内接法，电压测量值偏大，电阻测量值大于真实值。若为外接法，电流测量值偏大，电阻测量值小于真实值。1(2014浙江高考)小明对2B铅笔芯的导电性能感兴趣，于是用伏安法测量其电阻值。(1)如图甲所示是部分连接好的实物电路图，请用电流表外接法完成接线并在图中画出。甲(2)小明用电流表内接法和外接法分别测量了一段2B铅笔芯的伏安特性，并将得到的电流、电压数据描到UI图上，如图乙所示。在图中，由电流表外接法得到的数据点是用_(选填“”或“”)表示的。乙(3)请你选择一组数据点，在图乙上用作图法作图，并求出这段铅笔芯的电阻为_。解析：根据欧姆定律UI图象及其意义解决问题。(1)连线如图甲所示。甲(2)UI图象如图乙所示，UI图象的斜率反映了电阻的大小，而用电流表内接法时测得的电阻偏大，外接法时测得的电阻偏小，所以外接法的数据点是用“”表示的。乙(3)在UI图象上，选用外接法所得的“”连线，则R1.2 ，选用内接法所得的“”连线，则R1.6 。答案：(1)连线图见解析(2)(3)作图见解析；用“”表示的数据连线时，1.2(1.11.3均可)，用“”表示的数据连线时，1.6(1.51.7均可)2(2019长春质检)(1)某实验小组在“测定金属电阻率”的实验过程中，正确操作获得金属丝直径以及电流表、电压表的读数如图所示，则金属丝的直径的读数是_，电流表的读数是_，电压表的读数是_。(2)已知实验中所用的滑动变阻器阻值范围为010 ，电流表内阻约几欧，电压表内阻约20 k。电源为干电池(不宜在长时间、大功率状况下使用)，电动势E4.5 V，内阻很小。则下面电路图中_(填电路图下方的字母代号)电路为本次实验应当采用的最佳电路。但用此最佳电路测量的结果仍然会比真实值偏_(选填“大”或“小”)。ABCD(3)若已知实验所用的电流表内阻的准确值RA是已知的，那么准确测量金属丝电阻Rx的最佳电路应是图中的_电路(填电路图下方的字母代号)。此时测得电流为I、电压为U，则金属丝电阻Rx_(用题中字母代号表示)。解析：(1)螺旋测微器先读固定部分为0.5 mm，可动部分可估读为38.10.01 mm0.381 mm，故总示数为：(0.50.381) mm0.881 mm；电流表量程为0.6 A，则最小刻度为0.02 A，读数为0.42 A；电压表量程为3 V，最小刻度为0.1 V，则读数为2.25 V。(2)因电源不能在大功率下长时间运行，则本实验应采用限流接法；同时电压表内电阻较大，由以上读数可知，待测金属丝的电阻约为5 ，故采用电流表外接法误差较小，故选A；在实验中电压表示数准确，但电流表测量的是干路电流，故电流表示数偏大，则由欧姆定律得出的结果偏小。(3)因已知电流表内阻的准确值，则可以利用电流表内接法准确求出待测电阻，故应选B电路；待测金属丝及电流表总电阻R，则待测金属丝电阻RxRRARA。答案：(1)0.881 mm0.42 A2.25 V(2)A小 (3)BRA考点四| 电阻的测量方法拓展1伏安法：内接法和外接法。2安安法：两个电流表和定值电阻组合，已知内阻的电流表可当做电压表使用，若量程太小，配合定值电阻增大其量程(见题1)。3伏伏法：两个电压表和定值电阻组合，已知内阻的电压表可当做电流表使用，若量程太小，配合定值电阻增大其量程(见题2)。4替代法：保持外部电路相同条件下，若通过两个电阻的电流相同，则电阻相同(见题3)。5半偏法 (1)“电流半偏法”如图：断开S2，闭合S1，调节R0，使表满偏为I0；保持R0不变，闭合S2，调节R，使表读数为；由上可得RAR。(2)“电压半偏法”(见题4)。1(2019长沙模拟)现要测量电流表G1的内阻，给出下列器材：电流表G1(量程5 mA，内阻r1约为150 左右)；电流表G2(量程10 mA，内阻r2约为100 左右)；定值电阻R1100 ；定值电阻R210 ；滑动变阻器R3(0200 )；干电池E(1.5 V，内阻未知)；单刀单掷开关S；导线若干。(1)定值电阻选_；(2)在方框中已画出部分实验电路设计图，请补充完整，并标明所用器材的代号；(3)若选测量数据中的一组计算r1，所用的表达式r1_，式中各符号的意义是：_。解析：(1)若选R2，则其阻值太小，电流过大，而R1与G1内阻相当，故选R1。(2)电路图如图所示：G2的示数与G1的示数之差为通过R1的电流值。(3)由串、并联电路特点：I1r1R1(I2I1)，得r1R1，I1、I2分别表示电流表G1、G2的示数，R1表示定值电阻R1的阻值。答案：(1)R1(2)电路图如解析图所示(3)R1I1、I2分别表示电流表G1、G2的示数，R1表示定值电阻R1的阻值2用以下器材可测量电阻Rx的阻值。A待测电阻Rx，阻值约为600 B电源E，电动势约为6.0 V，内阻可忽略不计C毫伏表V1，量程为0500 mV，内阻r11 000 D电压表V2，量程为06 V，内阻r2约为10 kE电流表A，量程为00.6 A，内阻r3约为1 F定值电阻R0，R060 G滑动变阻器R，最大阻值为150 H单刀单掷开关S一个，导线若干(1)测量中要求两块电表的读数都不小于其量程的1/3，并能测量多组数据，请在虚线框中画出测量电阻Rx的实验电路图。(2)若选测量数据中的一组来计算Rx，则由已知量和测量量计算Rx的表达式为Rx_，式中各符号的意义是：_。(所有物理量用题中代表符号表示)解析：(1)在实验中测定的电阻Rx的阻值约为600 ，与电压表和电流表内阻相比，属于大电阻，此外滑动变阻器R的最大阻值很小，必须采用分压接法，故实验电路原理图如图。(2)若某次测量中毫伏表V1的示数为U1，电压表V2的示数为U2，毫伏表V1和定值电阻R0的并联电阻为：R所以通过电阻Rx的电流为：I所以有：Rx。答案：(1)见解析图(2)U1为毫伏表V1的读数，U2为电压表V2的读数，r1为毫伏表V1的内阻，R0为定值电阻3某同学测量一个圆柱体的电阻率，需要测量圆柱体的尺寸和电阻。(1)分别使用游标卡尺和螺旋测微器测量圆柱体的长度和直径，某次测量的示数如图甲和乙所示，长度为_cm，直径为_ mm。甲乙丙(2)按图丙连接电路后，实验操作如下：将滑动变阻器R1的阻值置于最_(选填“大”或“小”)处；将S2拨向接点1，闭合S1，调节R1，使电流表示数为I0。将电阻箱R2的阻值调至最_(选填“大”或“小”)，S2拨向接点2；保持R1不变，调节R2，使电流表示数仍为I0，此时R2阻值为1 280 。(3)由此可知，圆柱体的电阻为_。解析：(1)游标卡尺的精度为0.1 mm，所以L(5010.1) mm5.01 cm，螺旋测微器的读数为d(531.60.01) mm5.316 mm。(2)为了保护电流表，在接通电路之前，要使电路中的总电阻尽可能大，然后慢慢减小电路中的电阻。为使电路电流较小，使电流表示数逐渐变大，电阻箱阻值也应先调至最大。(3)将S1闭合，S2拨向接点1时，其等效电路图如图甲所示。甲乙当S2拨向2时，其等效电路图如图乙所示。由闭合电路欧姆定律知I，当电流表示数相同均为I0时，R2R圆柱体，所以R圆柱体1 280 。答案：(1)5.015.316(5.3145.328均正确)(2)大大(3)1 2804(2015全国卷)电压表满偏时通过该表的电流是半偏时通过该表电流的两倍。某同学利用这一事实测量电压表的内阻(半偏法)，实验室提供的器材如下：待测电压表(量程3 V，内阻约为3 000 )，电阻箱R0(最大阻值为99 999.9 )，滑动变阻器R1(最大阻值100 ，额定电流2 A)，电源E(电动势6 V，内阻不计)，开关两个，