2020版高考物理总复习第八章第4节实验：测定金属丝的电阻率教学案新人教版.docx

第4节实验：测定金属丝的电阻率夯实基础【p139】一、实验目的1掌握螺旋测微器的原理及读数方法2掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法及电流表和电压表的读数方法3会用伏安法测金属的电阻率二、实验原理把电阻丝连入如图所示的电路，用电压表测其两端电压，用电流表测电流，根据Rx计算金属丝的电阻Rx，然后用米尺测量金属丝的有效长度l，用螺旋测微器测量金属丝的直径d，计算出金属丝的横截面积S，根据电阻定律计算出电阻率三、实验器材毫米刻度尺、螺旋测微器、直流电压表和直流电流表、滑动变阻器、电池、开关及连接导线、金属电阻丝四、实验步骤1测直径：用螺旋测微器在导线的三个不同位置上各测一次，取直径d的平均值2测长度：将金属丝两端固定在接线柱上悬空拉直，用毫米刻度尺测量接入电路的金属丝长度L(即有效长度)，反复测量三次，求出L的平均值3连电路：按照电路图用导线把器材连好，并把滑动变阻器的阻值调至最大4测电阻：电路经检查无误后，闭合开关S，改变滑动变阻器滑片的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值，记录在表格内，断开开关S，求出电阻R的平均值5算电阻率：将测得的R、L、d的值代入电阻率计算公式R中，计算出金属丝的电阻率或利用UI图线的斜率求出电阻R，代入公式R计算电阻率6整理：拆去实验线路，整理好实验器材五、注意事项1金属丝的长度，应该是在连入电路之后再测量，测量的是接入电路部分的长度，并且要在拉直之后再测量2用螺旋测微器测直径时应选三个不同的部位测三次，再取平均值3接通电源的时间不能过长，通过电阻丝的电流强度不能过大，否则金属丝将因发热而温度升高，这样会导致电阻率变大，从而造成误差4要恰当选择电流表、电压表的量程，调节滑动变阻器的阻值时，应注意同时观察两表的读数，尽量使两表的指针偏转较大，以减小读数误差5伏安法测电阻是这个实验的中心内容，测量时根据不同情况，根据所给器材采用限流式电路还是分压式电路做出正确选择由于用到的电阻丝阻值较小，因此一般使用电流表外接法六、误差分析1金属丝直径、长度的测量带来误差2测量电路中电流表及电压表对电阻测量的影响，因为电流表外接，所以R测R真，由R可知测”“”或“R2，即金属丝电阻的测量值小于真实值，由此计算出的电阻率小于真实值，即.【答案】(1)如图所示(2)AD(3)2.7106 m(4)针对训练2一根固定在刻度尺上的均匀电阻丝R(总阻值小于5 )两端各有1个固定的接线柱a、b，刻度尺的中间有1个可沿电阻丝滑动的触头c，c的上端为接线柱，触头c与电阻丝通常不接触，当用手按下时，才与电阻丝接触且可在刻度尺上读出触点的位置现提供以下器材来测量该电阻丝的电阻率.A电压表(03 V15 V，电阻约为3 k或15 k)B电流表(00.6 A3 A，电阻约为0.5 或0.1 )C电池组(电动势为3 V，内阻很小)D保护电阻R02 E开关SF螺旋测微器G导线若干(1)用螺旋测微器量电阻丝的直径时，示数如图甲所示，则该电阻丝的直径d_1.990_ mm；(2)根据所提供的器材在图乙的方框中画出该实验的电路图，要求：改变触头c的位置，电流表的示数不变；能够进行多次测量；_如图1所示_(3)按(2)中设计的实验电路图用笔画线代替导线连接图丙中的实物图(注意量程的选择)；_如图2所示_(4)通过改变触头c的位置，分别量出多组与电阻丝长度L对应的电压U的数据(电流表示数维持0.4 A不变)，并已描绘在坐标纸上，得到的UL图线如图丁所示UL图线的斜率k_2.0_V/m_，根据实验得到的数据可计算出该电阻丝的电阻率_1.6105_m_；(结果均保留两位有效数字)下列有关实验的说法正确的是_B_A用螺旋测微器在被测电阻丝同一位置测三次，求出直径的平均值B电路中的电流不宜过大，通电时间不宜过长，故实验中应接入一保护电阻R0C实验中电阻丝的电阻率的测量值等于真实值D在UL坐标系中能通过描点连线得到的图线是电阻丝的伏安特性曲线【解析】(1)直径d1.5 mm49.00.01 mm1.990 mm；(3)根据题意，电流表量程应选择00.6 A，电压表量程应选择03 V；(4)UL图线的斜率k V/m2.0 V/m，R，R，则，代入数据解得1.6105 m；正确的操作是用螺旋测微器在被测电阻丝的三个不同位置各测量一次，然后求出直径的平均值，故A错误；电路的电流不宜过大，通电时间不宜过长，故实验中应接入一保护电阻R0，故B正确；电流表采用外接法，电流测量值大于真实值，故电阻率的测量值小于真实值，C错误；电阻丝的伏安特性曲线是指IU曲线，而本实验中电路中的电流是固定的，D错误【p141】考点突破例3某兴趣小组要精确测定额定电压为3 V的节能灯正常工作时的电阻已知该灯正常工作时电阻约500 .实验室提供的器材有：A电流表A(量程03 mA，内阻RA15 )B定值电阻R11 985 C滑动变阻器R(010 )D电压表V(量程012 V，内阻RV1 k)E蓄电池E(电动势为12 V，内阻r很小)F开关S一个G导线若干(1)要精确测定节能灯正常工作时的电阻，应采用下面电路图中的_(2)选择正确电路进行实验，若电压表的示数用U表示，电流表的示数用I表示，写出测量节能灯电阻的表达式Rx_(用题目中给的相应字母表示)当电流表中的电流强度I_mA时，记下电压表的读数U并代入表达式，其计算结果即为节能灯正常工作时的电阻【解析】(1)实验中将电压表当做电流表使用，电流表与定值电阻串联后当做电压表使用，根据两表的内阻、测量范围及节能灯的阻值关系可确定电路应采用外接方式，故选择C.(2)由电路的结构可知，Rx，节能灯的额定电压为3 V，对应电流表电流为1.5 mA.【答案】(1)C(2)1.5【小结】测电阻的方法还有伏伏法、替代法、半偏法、电桥法等等伏伏法，使用两个电压表，一个电压表的内阻已知，就可把它当作电流表、电压表、定值电阻使用R2R1，R1R2替代法闭合S1、S2接2，调节R，记下电流表读数I.保持R不变，把S2接1，调节R1，使电流表读数仍为I，则RxR1.半偏法测电流表内阻的电路如图，断开S2，闭合S1，调节R0，使电流表示数Ig.保持R0不变，闭合S2，调节R，使电流表示数为，在满足R0R的情况下，可认为RAR这种方法测量值偏小，因为闭合S2后，总电阻减小，总电流增大，流过R的电流大于，RRV，而把R2值作为RV的测量值，所以偏大电桥法甲图中，R0是定值电阻，G是灵敏电流表，P是滑动触头，L是均匀电阻丝，闭合S，移动P，使G示数为0，测出L1、L2的长度，则RxR0乙图中，R1是电阻箱，R2、R3均为定值电阻，G是灵敏电流表，闭合S，调节R1，使G示数为0，记下R1之值，则Rx.针对训练3为了用伏安法测出某小灯泡的电阻(约为5 )有以下实验器材可供选择：A电池组(3 V，内阻约为0.3 )B电流表(03 A，内阻约为0.025 )C电流表(00.6 A，内阻约为0.125 )D电压表(03 V，内阻约为3 k)E电压表(015 V，内阻约为15 k)F滑动变阻器(010 ，额定电流1 A)G滑动变阻器(01 750 ，额定电流0.3 A)H开关、导线(1)为了减小实验误差，并在实验中获得较大的电压调节范围，应选择的电流表是_C_，电压表是_D_，滑动变阻器是_F_(填写器材前面的字母代号)(2)设计的实验电路图画在虚线框内，并按电路图用笔画线连接实物图_实验电路图与实物电路图如图所示_【解析】(1)电源电动势为3 V，则电压表选D；电路最大电流约为I0.6 A，电流表选C；为方便实验操作，滑动变阻器应选F.(2)灯泡电阻约为5 ，滑动变阻器最大阻值为10 ，为在实验中获得较大的电压调节范围，滑动变阻器应采用分压接法，40，600，则电流表应采用外接法，实验电路图如图答案所示，根据实验电路图连接实物电路图，实物电路图如答案图所示4用伏安法测定一个待测电阻Rx的阻值(阻值约为200 )，实验室提供如下器材：电源E：电动势3 V，内阻忽略不计；电流表A1：量程015 mA，内阻约为100 ；电流表A2：量程0300 A，内阻为1 000 ；电压表V：量程15 V，内阻约为15 k；滑动变阻器R1：阻值范围020 ；定值电阻R2：阻值为9 000 ；开关S、导线若干(1)实验中要求尽可能准确地测量Rx的阻值，则选择的电表为_A1、A2_(填写器材代号) (2)在图甲虚线框中画出完整测量Rx阻值的电路图，并在图中标明器材代号_电路如图所示_(3)调节滑动变阻器R1，两电流表的示数如图乙所示，可读出电流表A1的示数为_8.0_ mA，电流表A2的示数为_150_ A.【解析】(1)由于电源电动势只有3 V，所以量程为15 V的电压表不合适可将内阻为1 000 的电流表A2串联定值电阻作为电压表测量待测电阻两端电压；由于电流表A1的内阻较大，所以电流表A1应外接在实验中要求尽可能准确地测量Rx的阻值，则选择的电表为A1和A2.(2)R1太小，用限流电路不便调节，只能采用分压电路，电路如图所示(3)根据电流表读数规则，电流表A1的示数为8.0 mA，电流表A2的示数为150 A.考 点 集 训【p316】1如图甲所示的金属工件，截面外方内圆，外边长约为1 cm、内径约为0.5 cm、长度约为40 cm.(1)某同学用游标卡尺测出截面外边长如图乙所示，其读数a_1.01_ cm.(2)应选用_游标卡尺_来测量工件内径d，选用_毫米刻度尺_来测量工件长度L(填“毫米刻度尺”“游标卡尺”或“螺旋测微器”)(3)为了测出该金属的电阻率，该同学设计了如图丙所示的电路，请按设计的电路完成实物图丁的连线_如图所示_(4)实验测得工件两端电压为U，通过的电流为I，请写出该金属电阻率的表达式_(用a、d、L、U、I等字母表示)【解析】(1)游标卡尺读数时先读主尺为10 mm，游标尺共10个格，每个格代表0.1 mm，第1个格对齐，故游标尺读数为0.1 mm，故总读数为10.1 mm，即1.01 cm.(2)游标卡尺有内测量爪可以测量内径，用毫米刻度尺测量长度(4)由R，R，Sa2d2联立可得电阻率的大小.2某同学要测量电阻Rx的阻值，采用如下实验步骤：(1)首先，选用多用电表欧姆“10”挡进行粗测，正确操作后如图甲所示，读数为_160_ .(2)接着，用伏安法测量该电阻的阻值，滑动变阻器采用分压式接法，可选用的实验器材有：电压表V(03 V，内阻约1 k)电流表A(020 mA，内阻约1 )待测电阻Rx滑动变阻器R1(02 k)滑动变阻器R2(020 )，干电池两节开关、导线若干在下面的图乙、图丙电路中，应选用图_乙_(选填“乙”或“丙”)，滑动变阻器应选用_R2_(选填“R1”或“R2”)【解析】(1)由读数规则可知，该读数应为刻度值与挡位的乘积，即1610 160 ；(2)由于待测电阻的阻值比电流表的内阻大得多，因此测量电路应将电流表内接，测量电路应选乙；由于滑动变阻器采用分压式接法，则滑动变阻器应选择最大阻值较小的R2.3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2个，导线若干. (1)虚线框内为该同学设计的测量电压表内阻的电路图的一部分，将电路图补充完整. _如图所示_(2)根据设计的电路，写出实验步骤： _移动滑动变阻器滑片，使得通电后电压表所在支路电压最小，闭合开关S1、S2，调节R1，使得电压表满偏，保持滑动变阻器阻值不变，断开S2，调节电阻箱R0，使得电压表指针半偏，读取此时电阻箱的阻值即为电压表内阻_(3)将这种方法测出的电压表内阻为RV，与电压表内阻的真实值RV相比，RV_RV(填“”“”或“，可知电流表应用外接法5有一根细长而均匀的金属管线样品，横截面如图所示此金属材料重12 N，长约为30 cm，电阻约为10 .已知这种金属的电阻率为，密度为0.因管内中空部分截面积形状不规则，无法直接测量，请设计一个实验方案，测量中空部分的截面积S0，现有如下器材可选：A毫米刻度尺B螺旋测微器C电流表(0600 mA，1.0 )D电流表(03 A，0.1 )E电压表(03 V，6 k)F滑动变阻器(020 ，0.5 A)G滑动变阻器(010 k，2 A)H蓄电池(6 V，0.05 )I开关一个，带夹子的导线若干(1)除待测金属管线外，还应选用的器材有_ABCEFHI_(只填器材前的字母)(2)在方框中画出你所设计方案的实验电路图，并把所选仪器连成实际测量电路_答案见解析_(3)实验中要测量的物理量有：_横截面边长a、管线长度L、管线两端电压U、通过管线的电流I_；计算金属管线内部空间截面积S0的表达式为S0_a2_【解析】(1)本实验需要用伏安法测量电阻，根据欧姆定律有R，同时要结合电阻定律公式R求解截面积，故要用电压表测量电压，用电流表测量电流，用刻度尺测量长度，用螺旋测微器测量边长当然，要组成电路，还需要电源、开关、导线以及滑动变阻器由于电阻通电电流较大时升温明显，影响电阻率，故要小电流，电流表选择较小量程(2)由于要求尽可能测出多组有关数值，故滑动变阻器要采用分压式接法，金属管线电阻较小，因此电流表采用外接法(3)根据欧姆定律有R，根据电阻定律公式有R，由此解得S.因此要用螺旋测微器测横截面边长a，用毫米刻度尺测金属管线长度L，用电压表测金属管线两端电压U，用电流表测通过金属管线的电流I，因此金属管线内部空间截面积S0的表达式为S0a2.6某实验小组尝试测量一段电阻丝的电阻率可供选择的器材有：A电池组E(电动势为3.0 V，内阻约5 )；B电压表V(量程为03 V，内阻约15 k)；C电阻箱R(0999.9 )；D开关、导线若干完成下列填空：(1)把电阻丝拉直后用螺旋测微器测量电阻丝的直径，测量结果如图甲所示，其读数为d_0.400_ mm.(2)将电阻丝两端固定在有刻度尺的接线板两端的接线柱上，在被固定的电阻丝上夹一个与接线柱c相连的小金属夹P.实验要求将a、c端接入电路，且将小金属夹P右移、电阻箱的阻值减小而接入电路的电压表读数保持不变，如图乙所示，请用笔画线代替导线在图丙中完成电路的连接_如图1所示_(3)图乙中电压表读数为U_2.50_ V.(4)改变金属夹P与电阻丝接触点的位置，调整电阻箱接入电路中阻值，使电压表读数保持不变，如图乙所示重复多次，记录每一次电阻箱的阻值R和接入电路的电阻丝长度L，数据如表格所示断开开关，整理实验器材请在图丁中描点，并作出RL图象.R/21.017.013.09.0L/cm20.0040.0060.0080.00_如图2所示_(5)根据RL图象和已知数据，可求出该电阻丝的电阻率为_2.5106_ m.(计算结果保留两位有效数字)【解析】(1)螺旋测微器的读数要估读到0.001 mm，读数为0 mm40.00.01 mm0.400 mm.(2)实验要求a、c接入电路，且P右移、电阻箱阻值减小时，电压表读数保持不变，则电阻箱和电阻丝应该串联，电压表测量两者的电压和且有R1R2.(3)电压表估读到0.01 V，故电压表读数为2.50 V(5)由作出的RL图象可知，斜率|k|20 /m，由电阻定律可知|R|L|，|k|，代入题给数据得S|k|(0.2103)220 m2.5106 m.7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)图1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_如图甲所示_(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2所示在图中，由电流表外接法得到的数据点是用_(填“”或“”)表示的(3)请你选择一组数据点，在图上用作图法作图，并求出这段铅笔芯的电阻为_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)_ ._如图乙所示_【解析】(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