高考物理大一轮复习 第八章 恒定电流 实验八 测定金属的电阻率课件

实验八 测定金属的电阻率,实验基础,热点定位,跟踪训练,实验基础理解落实 夯基础,注意事项 1.螺旋测微器的使用 (1)测量前须校对零点. (2)测量时,当测微螺杆将要接触被测物体时,要改用微调旋钮. (3)螺旋测微器应估读一位,即以mm作单位,应读到小数点后面第三位. 2.游标卡尺读数时注意事项 (1)看清精确度 (2)主尺上的单位为厘米 主尺上标识的1,2,3等数字通常是指厘米,游标卡尺主尺上的最小刻度是1 mm.例如,读数为(50+40.05)mm=50.20 mm.,(3)区分零刻度与游标尺最前端 例如,读数为(14+100.05)mm=14.50 mm.,3.测定金属的电阻率 (1)先测直径,再连电路.应该在连入电路之后在拉直的情况下测量待测金属丝接入电路的两个端点之间的长度. (2)本实验中被测金属丝的电阻值较小,故采用电流表外接法. (3)开关S闭合前,滑动变阻器的阻值要调至最大. (4)电流不宜太大(电流表用00.6 A量程),通电时间不宜太长,以免金属丝温度升高,导致电阻率在实验过程中变大.,误差分析 1.测量金属丝直径、长度以及电流、电压带来误差.,2.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 Rx测Rx真,由Rx= ,知测真.,3.通电电流过大,时间过长,致使电阻丝发热,电阻率随之变化带来误差.,热点定位重点透析 通热点,热点一 测量仪器、仪表的读数,【例1】 某同学用螺旋测微器和游标卡尺来测量一根金属丝的直径和长度,测量结果分别如图(甲)和图(乙)所示,则图(甲)中的螺旋测微器的读数是d= mm;图(乙)中的游标卡尺的读数是L= mm.,核心点拨 (1)螺旋测微器需要估读,而游标卡尺不需要估读. (2)螺旋测微器的精度为0.01 mm,而游标卡尺的精度有三种,分别是 0.1 mm,0.05 mm,0.02 mm.,解析:螺旋测微器的读数=固定刻度读数+可动刻度读数,图(甲)中螺旋测微器的固定刻度读数为2 mm,可动刻度读数为32.80.01 mm=0.328 mm,所以螺旋测微器的读数为2 mm+0.328 mm=2.328 mm.图(乙)中的游标卡尺为20分度的游标卡尺,其精确度为 mm=0.05 mm,游标卡尺的读数为10 mm+100.05 mm=10.50 mm.,答案: 2.328 10.50,方法技巧 螺旋测微器和游标卡尺的读数方法 (1)螺旋测微器的测量值=固定刻度值+可动刻度值(要估读)0.01 mm. 一读整:读出固定刻度上的整毫米数;二读零:读出固定刻度上的半毫米数;三读螺旋:小于0.5 mm部分要从可动刻度上读,方法是看固定刻度上的基线指向可动刻度上的哪条刻度线,读出整数部分再估读一位;四查单位:螺旋测微器的读数单位一般是毫米,但有时题目中并不是要求以毫米作单位,所以最后的单位还要看题目中的要求.注意螺旋测微器需要估读,若以毫米为单位,小数点后面一定有三位数字.,(2)游标卡尺的测量值=主尺刻度值+游标尺刻度值(精确度N). 读数方法:看游标尺的刻度格数,由此来确定游标卡尺的精确度;看游标尺上的0刻度位置(易与游标尺的边界混淆),由此来确定主尺上被测量长度读数的终点位置;看游标尺的哪条(第N条)刻度线与主尺上的刻度线对齐. 注意:若以毫米为单位,10分度的游标卡尺读数,小数点后面有1位数字; 20分度的游标卡尺读数,小数点后面有2位数字,且最后1位数非0即5;50分度的游标卡尺读数,小数点后面有2位数字,最后1位数可能的值是0,2,4,6,8.,【教师备用】 (2014福建卷,19)某同学测定一金属杆的长度和直径, 示数如图(甲)、(乙)所示,则该金属杆的长度和直径分别为 cm和 mm.,解析:刻度尺的分度值为1 mm,要估读到0.1 mm.游标卡尺读数=4 mm +100.02 mm=4.20 mm.,答案: 60.10 4.20,【例2】 某同学先后用两种方法来测量一段金属丝的阻值. (1)他先用多用电表“1”欧姆挡测量,在正确操作的情况下,表盘指针如图(甲)所示,可读得该金属丝的阻值Rx= . (2)他再用如图(乙)所示的电路图进行实验,某次测量时两个电表的指针如图(乙)中所示,由两电表示数可算出该金属丝的阻值Rx= (计算结果保留两位有效数字).,(3)根据这两个测量值可知,采用如图(乙)的电路测量较小阻值的电阻时,电流表的内阻对测量值的影响 (选填“很大”或“很小”).,核心点拨 (1)多用电表欧姆挡的表盘,要注意0刻度在右边,读数时不要忘了乘以倍率. (2)对电流表和电压表的读数,要根据所选量程确定精度.,解析: (1)欧姆表的读数方法是表盘指针示数乘以所选的倍率.由此可知多用电表测量的结果为Rx=6 .,(2)由图(乙)可知金属丝两端的电压为U=2.40 V,流过金属丝的电流为I=0.36 A,根据部分电路的欧姆定律可得Rx= = =6.7 .,(3)第(2)问中计算出来的电阻实际上是电流表和金属丝的总电阻,则电流表的内阻约为RA=0.7 ,因此采用电流表内接法测量小电阻的阻值时,电流表的内阻对测量值的影响很大.,答案: (1)6 (2)6.7 (3)很大,方法技巧 (1)欧姆表读数时电阻值等于指针示数与所选倍率的乘积. (2)电流表和电压表的读数 若刻度盘上每一小格为1,0.1,0.001时,需估读到最小刻度值的下一位. 若刻度盘上每一小格为0.2,0.02,0.5,0.05时,只需估读到最小刻度值的位数,无需向下一位估读.,【教师备用】 有一金属材料制成的圆柱形物体,当用游标卡尺来测它的截面直径d时,示数如图(甲)所示,则d= mm.然后利用伏安法测量该物体的电阻,此时电压表和电流表的示数如图(乙)(丙)所示,则金属物体两端的电压为U= V,流过该物体的电流为I= A.,解析:游标卡尺主尺上读的毫米数为30 mm,游标尺上第10条刻度线与主尺某刻度线对齐,由于卡尺是20分度的,所以读数为30mm+0.05 10 mm=30.50 mm.电压表选用的是03 V量程,最小分度值为0.1 V,读数时应估读到最小分度的 ,所以读数为2.25 V;电流表选用的是00.6 A量程,最小分度值为0.02 A,所以读数为0.42 A.,答案:30.50 2.25 0.42,热点二 实验操作与数据处理,【例3】 (2016江西南昌一模)某学生用如图(甲)所示电路测金属导线的电阻率,可供使用的器材有:被测金属导线ab,电阻约10 ,导线允许流过的最大电流为0.8 A,稳恒电源,电源输出电压恒为E=12 V,电压表V,量程为03 V,内阻约5 k,保护电阻:R1=10 ,R2=30 ,R3=200 .刻度尺,螺旋测微器,开关S,导线若干等. 实验时的主要步骤如下:,用刻度尺量出导线ab的长度l,用螺旋测微器测出导线的直径d. 按如图(甲)所示电路将实验所需器材用导线连接好. 闭合开关S,移动接线触片P,测出aP长度x,读出电压表的示数U. 描点作出U-x曲线,求出金属导线的电阻率.,完成下列填空: (1)由螺旋测微器测量金属导线的直径d,其示数如图(乙)所示,该金属导线的直径d= mm. (2)如果实验时既要保证安全,又要测量误差较小,保护电阻R应选 . (3)根据多次实验测出的aP长度x和对应每次实验读出的电压表的示数U作出的U-x图线如图(丙)所示,其中图线的斜率为k,则金属导线的电阻率= .(用实验器材中给出的物理量的字母和实验步骤中测出的物理量的字母表示),核心点拨 (1)根据导线允许的最大电流和电压表的量程选择保护电阻的阻值. (2)根据电阻定律和闭合电路欧姆定律写出U-x关系式.,解析: (1)d=0.5 mm+0.0137.0 mm=0.870 mm.,方法技巧 图像法处理电学实验问题的注意点 (1)描点画图时要使大多数点在直线上,不在直线上的点尽可能均匀分布在直线的两侧. (2)研究图像截距、斜率的意义时,要把握横、纵坐标的物理意义.,【教师备用】 在“测定金属丝的电阻率”实验中,供选用的器材有:A.电源(3 V,内阻约1 ); B.电流表(00.6 A,内阻约1.0 ); C.电压表(03 V,内阻约3 k); D.待测金属丝(有效长度为50.00 cm,电阻约为5 ); E.滑动变阻器(010 ,额定电流1 A); F.螺旋测微器、毫米刻度尺、开关、导线若干. (1)某实验小组利用螺旋测微器在金属丝的不同位置测量金属丝的直径,读数记录在下表中,其中第 次数据记录有明显错误.剔除错误数据后,计算出金属丝直径的平均值填入下表.,答案: (1)2 0.350,(2)若该实验要求被测金属丝的电压从零开始,小组中的四位同学分别设计了A,B,C,D四种测量电路,你认为最合适的测量电路应是 .,答案: (2)A,解析: (2)若要求金属丝的测量电压从零开始,则必须采用分压式电路,又因为金属丝的电阻约为5 ,而电流表的内阻约为1 ,没有满足RxRA的要求,所以应采用电流表外接法,由此可以判断,最合适的测量电路应为A图所示的电路.,(3)该实验小组采用正确的电路图进行测量,记录的数据如下表所示:,该实验小组的同学在坐标纸上建立I-U坐标系如图所示,请根据实验记录数据描绘出该金属丝的I-U图线.,答案: (3)见解析,解析: (3)I-U图线如图所示.,(4)由描绘出的I-U图线,可得到金属丝的电阻值为Rx= ,根据数据可计算出金属丝的电阻率为= m.,答案: (4)4.25 8.1610-7,热点三 电阻的测量,【例4】 (2016全国卷,23)某同学利用图(甲)所示电路测量量程为2.5 V的电压表 的内阻(内阻为数千欧姆),可供选择的器材有:电阻箱R(最大阻值99 999.9 ),滑动变阻器R1(最大阻值50 ),滑动变阻器R2(最大阻值5 k),直流电源E(电动势3 V),开关1个,导线若干. 实验步骤如下:,按电路原理图(甲)连接线路; 将电阻箱阻值调节为0,将滑动变阻器的滑片移到与 图(甲)中最左端所对应的位置,闭合开关S; 调节滑动变阻器,使电压表满偏. 保持滑动变阻器滑片的位置不变,调节电阻箱阻值,使电压表的示数为2.00 V,记下电阻箱的阻值. 回答下列问题: (1)实验中应选择滑动变阻器 (填“R1”或“R2”).,(2)根据图(甲)所示电路将图(乙)中实物图连线.,(3)实验步骤中记录的电阻箱阻值为630.0 ,若认为调节电阻箱时滑动变阻器上的分压不变,计算可得电压表的内阻为 (结果保留到个位). (4)如果此电压表是由一个表头和电阻串联构成的,可推断该表头的满刻度电流为 (填正确答案标号). A.100 A B.250 A C.500 A D.1 mA,核心点拨 (1)电压表满偏电压为2.5 V,步骤中电压表示数为2.00 V,说明电阻箱仅分压0.5 V.,(2)电压表的满刻度电流与表头一致,故I满= .,解析: (1)滑动变阻器R1的阻值较小,在分压电路中便于调节,故实验中应选择R1.,(2)如图所示,答案:(1)R1 (2)见解析 (3)2 520 (4)D,【例5】 如图所示的电路中,R0已知,当开关S断开时,电流表读数是3.0 mA,当开关S闭合时,电流表读数是1.0 mA,若RR0,则电流表内阻为 .,答案: 2R0,解析:因为RR0,所以干路电流不变(I=3.0 mA).由并联特点得I1Rg= (I-I1)R0,把I=3.0 mA,I1=1.0 mA,代入得Rg=2R0.,方法总结 两种常用简单的测量电阻方法,(1)半偏法测电阻 利用电流表半偏测 的内阻 实验原理(如图):,实验步骤:R1调至阻值最大,闭合S1,调R1阻值使 示数达满偏值.,保持R1阻值不变,闭合S2,调R2使 示数达满偏值一半,同时记录R2的值.,(2)替代法测电阻 实验原理(如图):,【教师备用】 (2015全国卷,23)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,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.,解析: (1)由于R1的总阻值远小于测量电路总电阻,故控制电路采用分压式接法,电路图如图所示.,答案:见解析,(2)根据设计的电路,写出实验步骤: . (3)将这种方法测出的电压表内阻记为RV,与电压表内阻的真实值RV相比,RV RV(填“”“=”或“”),主要理由是 .,解析：(2)移动滑动变阻器的滑片,以保证通电后电压表所在支路分压最小;闭合开关S1、S2,调节R1,使电压表的指针满偏;保持滑动变阻器滑片的位置不变,断开S2,调节电阻箱R0使电压表的指针半偏;读取电阻箱所示的电阻值,此即为测得的电压表内阻. (3)断开S2,调节电阻箱使电压表成半偏状态,电压表所在支路总电阻增大,分得的电压也增大;此时R0两端的电压大于电压表的半偏电压,故RVRV.,答案:见解析,热点四 实验的创新与改进,新题体验,1.(2016福建质检)国标(GB/T)规定自来水在15 时电阻率应大于13m.某同学利用图(甲)电路测量15 自来水的电阻率,其中内径均匀的圆柱形玻璃管侧壁连接一细管,细管上加有阀门K以控制管内自来水的水量,玻璃管两端接有导电活塞(活塞电阻可忽略),右活塞固定,左活塞可自由移动.实验器材还有:电源(电动势约为3 V,内阻可忽略),电压表V1(量程为3 V,内阻很大),电压表V2(量程为3 V,内阻很大),定值电阻R1(阻值4 k),定值电阻R2(阻值2 k),电阻箱R(最大阻值9 999 ),单刀双掷开关S,导线若干,游标卡尺,刻度尺.,实验步骤如下: A.用游标卡尺测量玻璃管的内径d B.向玻璃管内注满自来水,并用刻度尺测量水柱长度L C.把S拨到1位置,记录电压表V1示数 D.把S拨到2位置,调整电阻箱阻值,使电压表V2示数与电压表V1示数相同,记录电阻箱的阻值R E.改变玻璃管内水柱长度,重复实验步骤C,D,记录每一次水柱长度L和电阻箱阻值R F.断开S,整理好器材 (1)测玻璃管内径d时游标卡尺示数如图(乙)所示,则d= mm.,解析: (1)根据游标卡尺的读数规则,玻璃管内径d=30 mm+00.05 mm =30.00 mm.,答案: (1)30.00,(2)玻璃管内水柱的电阻Rx的表达式为Rx= (用R1,R2,R表示).,答案: (2),(3)利用记录的多组水柱长度L和对应的电阻箱阻值R的数据,绘制出如图(丙)所示的R- 关系图像.自来水的电阻率= m(保留两位有效数字).,答案: (3)14,(4)本实验中若电压表V1内阻不是很大,则自来水电阻率测量结果将 (填“偏大”“不变”或“偏小”).,答案: (4)偏大,2.(2016山东临沂一中月考)利用如图所示的电路测定电流表的内阻,步骤如下:,闭合开关S1,调节R1,使电流表指针偏转到满刻度; 再闭合开关S2,调节R2,使电流表指针偏转到满刻度的一半; 读出R2的阻值,即认为Rg=R2. 已知电流表满偏电流为500 A,其内阻约在100 左右,实验室配有的可变电阻有: A.电阻箱(010 ); B.电阻箱(09 999 ); C.滑动变阻器(0200 ); D.滑动变阻器(020 k).,(1)电路图中R1应选 ,R2应选 .,解析: (1)电路中R1阻值应远大于Rg,R2的阻值比Rg稍大就行,但R2必须是电阻箱,不然不能读数.故R2应选B,R1应选D.,答案: (1)D B,(2)若上述实验中,读得R2的阻值为100 ,则电流表内阻的测量值和真实值相比 (填“偏大”或“偏小”).,答案: (2)偏小,跟踪训练即时巩固 测效果,1.如图(甲)为一段粗细均匀的新型导电材料棒,现要测量该材料的电阻率.,解析: (1)欧姆表的读数为R=20100 =2 000 .,答案: (1)2 000,(1)首先用多用电表的欧姆挡(倍率为100 )粗测其电阻,指针位置如图(乙)所示,其读数为 .,(2)用螺旋测微器测量此新型导电材料棒的直径d,测量结果如图(丙)所示,则d= mm.用游标卡尺测量此新型导电材料棒的长度L,测量结果如图(丁)所示,则L= mm.,解析: (2)螺旋测微器的读数为d=3 mm+20.40.01 mm=3.204 mm, l=50 mm+3 mm=50.15 mm.,答案: (2)3.204 50.15,(3)采用以下器材用伏安法尽可能准确地测量其电阻. A.电流表:量程为0.6 A,内阻约为0.2 B.电压表:量程为3 V,内阻约为3 k C.滑动变阻器:最大阻值为20 ,额定电流1 A D.电源E:电动势6 V E.开关S,导线若干 请在方框中画出实验原理电路图.,解析: (3)因为被测电阻较大,故采用电流表的内接法,如图所示.,答案: (3)见解析,(4)某同学设计了如图(戊)所示的实验电路,但是在实验过程中却发现导电材料棒电阻率的测量明显偏小,经检查发现实验中有一根导线连接错误,该导线是 (用导线的序号表示).,解析: (4)电流表应该内接,故导线错误.,答案: (4),(5)如果(3)问实验电路中电流表示数为I,电压表示数为U,并测出该棒的长度为L,直径为d,则该材料的电阻率= (用I,U,L,d表示).,答案: (5),2.为准确测量某种型号螺线管的电阻值,实验室准备了如下器材 A.待测螺线管L:电阻RL约为100 B.滑动变阻器R:全电阻约为20 C.电流表A1:量程100 mA,内阻约50 D.电流表A2:量程0.6 A,内阻约15 E.电压表V1:量程6 V,内阻约4 k F.电压表V2:量程3 V,内阻约2 k G.电源E:电动势9 V,内阻忽略不计 H.开关S一个 I.导线若干,(1)根据所给实验器材,电流表选用 ,电压表选用 (填写实验器材前面的字母).,解析: (1)由于电源电动势为9 V,比较两电压表量程,为使实验获得多组数据,宜采用E(可通过滑动变阻器控制,使之不超量程),由于电路中电流不超过0.06 A,电流表选C;,答案: (1)C E,(2)根据所给器材,在方框中设计出实验原理图.,解析: (2)电阻相对于电压表为较小电阻,宜采用电流表外接法,滑动变阻器总阻值较小,宜采用分压式,电路如图所示;,答案: (2)见解析,(3)实验中因电流表有内阻,电压表内阻不是无限大,为了消除电表对测量结果的影响,小明采用了第二种方案: 先将电压表V1的量程扩大为9 V,他需要给电压表 (填“串联”或“并联”)一个电阻; 他将改装后的电压表按图示电路连接;,S2保持断开,闭合S1,调节R和RP,使电流表和电压表示数合理,记下两 表示数为I1,U1;再保持RP阻值不变,闭合S2,记下电流表和电压表示数为I2,U2; 写出被测电阻RL= (用电表的读数表示).,答案: (3)串联 ,3.量程为3 V的电压表,代号为V,其