2019_2020版高中物理第二章恒定电流实验：测定金属的电阻率教案新人教版.docx

实验：测定金属的电阻率学科素养与目标要求物理观念：1.通过实验探究得出影响导体电阻的因素.2.掌握测定金属电阻率的实验原理.3.掌握螺旋测微器的读数方法科学探究：1.了解本实验需要测的物理量及所用的器材和方法.2.能进行分组分层、自主合作探究，能综合信息进行数据处理科学思维：1.进一步领会用伏安法测电阻电路的设计思想，会根据不同情况设计电路图.2.会根据具体情况选择滑动变阻器接入电路的方式一、螺旋测微器和游标卡尺1螺旋测微器的原理及读数方法(1)构造及原理如图1所示，它的测砧A和固定刻度B固定在尺架C上，可动刻度E、旋钮D和微调旋钮D是与测微螺杆F连在一起的，并通过精密螺纹套在B上，精密螺纹的螺距是0.5 mm，即旋钮D每转一周，测微螺杆F前进或后退0.5 mm，可动刻度分成50等份，每一等份表示0.01mm.图1(2)使用方法当A与F并拢时，可动刻度E的零点恰好跟固定刻度B的零点重合，逆时针旋转旋钮D，将测微螺杆F旋出，把被测物体放入A、F之间的夹缝中，再顺时针旋转旋钮D，F快要接触被测物时，要停止使用旋钮D，改用微调旋钮D，直到听到“喀喀”声(3)读数方法L固定刻度示数可动刻度示数(估读一位)分度值注意：以毫米为单位时，小数点后面要有三位有效数字，特别是最后一位估读数字为零时，不能省略在读数时注意半毫米刻度线是否已露出2游标卡尺的原理及读数方法(1)构造：主尺、游标尺(主尺和游标尺上各有一个内、外测量爪)、游标卡尺上还有一个深度尺(如图2所示)图2(2)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不管游标尺上有多少个小等分刻度，它的刻度部分的总长度比主尺上的同样多的小等分刻度少1 mm.常见的游标尺上小等分刻度有10个、20个、50个的，其规格见下表：刻度格数(分度)刻度总长度1 mm与每小格的差值精确度(可精确到)109 mm0.1 mm0.1 mm2019 mm0.05 mm0.05 mm5049 mm0.02 mm0.02 mm(3)用途：测量厚度、长度、深度、内径、外径(4)读数：若用x表示从主尺上读出的整毫米数，K表示从游标尺上读出与主尺上某一刻度线对齐的游标的格数，则记录结果表示为(xK精确度) mm.二、测定金属的电阻率1实验原理(1)把金属丝接入电路中，用伏安法测金属丝的电阻R(R)电路原理图如图3所示图3(2)用毫米刻度尺测出金属丝的长度l，用螺旋测微器测出金属丝的直径d，算出横截面积S(S)(3)由电阻定律R，得，求出电阻率2实验器材螺旋测微器、毫米刻度尺、电压表、电流表、开关及导线、被测金属丝、电池、滑动变阻器3实验步骤(1)测直径：用螺旋测微器在被测金属丝上三个不同位置各测一次直径，并记录(2)连电路：按如图3所示的电路图连接实验电路(3)量长度：用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属丝的有效长度，重复测量3次，并记录(4)求电阻：把滑动变阻器的滑动触头调节到使接入电路中的电阻值最大的位置，电路经检查确认无误后，闭合开关S.改变滑动变阻器滑动触头的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值，记入表格内，断开开关S.(5)拆除实验电路，整理好实验器材4数据处理电阻R的数值可用以下两种方法确定：(1)计算法：利用每次测量的U、I值分别计算出电阻，再求出电阻的平均值作为测量结果(2)图象法：可建立IU坐标系，将测量的U、I值描点作出图象，利用图象的斜率的倒数来求出电阻值R.5实验注意事项(1)因一般金属丝电阻较小，为了减少实验的系统误差，必须选择电流表外接法；(2)本实验若用限流式接法，在接通电源之前应将滑动变阻器调到阻值最大状态(3)测量l时应测接入电路的金属丝的有效长度(即两接线柱之间的长度，且金属丝伸直)；在金属丝的3个不同位置上用螺旋测微器测量直径d.(4)电流不宜过大(电流表用00.6 A量程)，通电时间不宜太长，以免电阻率因温度升高而变化一、实验原理及操作例1在“探究电阻与长度、横截面积的关系”的实验中，用刻度尺测量金属丝直径时的刻度位置如图4所示，金属丝的匝数为39，用米尺测出金属丝的长度L，金属丝的电阻大约为5 ，先用伏安法测出金属丝的电阻R，然后用控制变量法探究电阻与导体长度、横截面积的关系图4(1)从图中读出金属丝的直径为mm.(2)为此取来两节新的干电池、开关和若干导线及下列器材：A电压表03 V，内阻约10 kB电压表015 V，内阻约50 kC电流表00.6 A，内阻约0.05 D电流表03 A，内阻约0.01 E滑动变阻器，010 F滑动变阻器，0100 要求较准确地测出其阻值，电压表应选，电流表应选，滑动变阻器应选(填序号)实验中某同学的实物接线如图5所示，请指出该同学实物接线中的两处明显错误图5错误a：；错误b：.答案(1)0.649(0.6460.652均可)(2)ACE错误a：导线连接在滑动变阻器的滑片上错误b：采用了电流表内接法解析(1)从题图可读出紧密绕制的金属丝的宽度为2.53 cm，故直径为0.064 9 cm0.649 mm.(2)因为两节干电池的电动势约是3 V，用3 V量程的电压表A；因为金属丝的电阻大约为5 ，如果把3 V的电动势全加在金属丝上，电流才是0.6 A，因此用量程是0.6 A的电流表C；此题中金属丝的电阻大约为5 ，为了减小实验误差，应选10 的滑动变阻器E.二、仪器的读数及数据处理例2(2018深圳高中联考联盟期末)张明同学在测定某种合金丝的电阻率时：(1)用螺旋测微器测得其直径为mm(如图6甲所示)；(2)用20分度的游标卡尺测其长度为cm(如图乙所示)；(3)用图丙所示的电路测得的电阻值将比真实值(填“偏大”或“偏小”)图6答案(1)3.202(3.2013.203均可)(2)4.975 (3)偏小解析(1)螺旋测微器的读数为：D3 mm20.20.01 mm3.202 mm；(2)游标卡尺的读数为：L49 mm150.05 mm49.75 mm4.975 cm；(3)由欧姆定律得：金属丝的电阻值R，由于电压表的分流作用使电流的测量值偏大，则电阻的测量值偏小例3在“测定金属的电阻率”实验中，所用测量仪器均已校准待测金属丝接入电路部分的长度约为50 cm.图7(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径，其中某一次测量结果如图7所示，其读数应为 mm(该值接近多次测量的平均值)(2)用伏安法测金属丝的电阻Rx.实验所用器材为电池组(电动势3 V，内阻不计)、电流表(内阻约0.1 )、电压表(内阻约3 k)、滑动变阻器R(020 ，额定电流2 A)、开关、导线若干某小组同学利用以上器材正确连接好电路，进行实验测量，记录数据如下：次数1234567U/V0.100.300.701.001.501.702.30I/A0.0200.0600.1600.2200.3400.4600.520由以上实验数据可知，他们测量Rx是采用图8中的图(选填“甲”或“乙”)图8(3)图9是测量Rx的实验器材实物图，图中已连接了部分导线，滑动变阻器的滑片P置于变阻器的一端请根据(2)所选的电路图，补充完成图中实物间的连线，并使闭合开关的瞬间，电压表或电流表不至于被烧坏图9(4)这个小组的同学在坐标纸上建立U、I坐标系，如图10所示，图中已标出了与测量数据对应的4个坐标点请在图中标出第2、4、6次测量数据的坐标点，并描绘出UI图线由图线得到金属丝的阻值Rx (保留两位有效数字)图10(5)根据以上数据可以估算出金属丝电阻率约为A1102 m B1103 mC1106 m D1108 m(6)任何实验测量都存在误差，本实验所用测量仪器均已校准，下列关于误差的说法中正确的是A用螺旋测微器测量金属丝直径时，由读数引起的误差属于系统误差B由电流表和电压表内阻引起的误差属于偶然误差C若将电流表和电压表的内阻计算在内，可以消除由测量仪表引起的系统误差D用UI图象处理数据求金属丝电阻可以减小偶然误差答案(1)0.398(0.3960.399均正确)(2)甲(3)见解析图(4)见解析图4.5(4.34.7均正确)(5)C(6)CD解析(1)螺旋测微器的读数为0 mm39.80.01 mm0.398 mm.(2)由实验记录的数据可知Rx的阻值大约为5 .由题知RxRV，故电流表外接若滑动变阻器接为限流式接法，电路中最小电流值Imin0.12 A，其中R1为Rx与RV的并联电阻值且R1Rx.则Rx两端的电压最小值UminIminRx0.6 V，而从实验数据可知Rx两端电压是从0.10 V开始的，因此滑动变阻器应采用分压式接法(3)实物连接图如图(a)所示(4)图线应过原点，选尽可能多的点连成一条直线，不在直线上的点均匀分布在直线两侧，明显偏离的点应舍去，如图(b)所示图线的斜率反映了金属丝的电阻，因此金属丝的电阻值Rx4.5 .(5)根据Rx得金属丝的电阻率 m1.1106 m，故选项C正确(6)系统误差是由仪器的某些不完善或实验方法不够完善等产生的，其测量结果总是偏大或偏小；偶然误差具有随机性，可以通过多次测量取平均值来减小偶然误差学科素养通过本题学生练习了螺旋测微器的读数方法，提高了根据实际情况设计、选择电路图的能力，锻炼了测定金属电阻率的本领在解题过程中，展现了实验探究过程中交流、反思的能力本题着重体现了“实验探究”的学科素养.1(仪器读数、电路和器材的选择)(2017启东中学高一第二学期期末)在测定某一均匀细圆柱体材料的电阻率实验中图11(1)如图11甲所示，用游标卡尺测其长度为 cm；图乙用螺旋测微器测其直径为 mm.(2)其电阻约为6 .为了较为准确地测量其电阻，现用伏安法测量实验室除提供了电池E(电动势为3 V，内阻不计)、开关S、导线若干，还备有下列实验器材：A电压表V1(量程3 V，内阻约为2 k)B电压表V2(量程15 V，内阻约为15 k)C电流表A1(量程3 A，内阻约为0.2 )D电流表A2(量程0.6 A，内阻约为1 )E滑动变阻器R1(010 ，0.6 A)F滑动变阻器R2(02 000 ，0.1 A)为减小实验误差，应选用的实验器材有(选填“A、B、C、D”等序号)为减小实验误差，应选用图12中(选填“a”或“b”)为该实验的电路原理图，其测量值比真实值(选填“偏大”或“偏小”)图12答案(1)10.3551.196(1.1951.197均可)(2)ADEb偏小解析(1)游标卡尺的固定刻度读数为10.3 cm，游标尺读数为0.0511 mm0.55 mm0.055 cm，所以最终读数为：10.3 cm0.055 cm10.355 cm.螺旋测微器的固定刻度读数为1 mm，可动刻度读数为0.0119.6 mm0.196 mm，所以最终读数为：1 mm0.196 mm1.196 mm；(2)电源电动势为3 V，故电压表应选A，电路最大电流约为：I A0.5 A，故电流表选D；由于待测电阻只有约6 ，故为了便于调节，滑动变阻器选择总阻值较小的E；待测电阻阻值约为6 ，电压表内阻约为2 k，电流表内阻约为1 ，电压表内阻远大于待测电阻阻值，电流表应采用外接法，应选择题图b所示实验电路，由于电压表分流使电流表读数偏大，则由欧姆定律可知，电阻的测量值比真实值偏小2(测定金属的电阻率)(2018豫北重点中学高二12月联考)用伏安法测量电阻阻值R，并求出电阻率，某同学所用实验电路如图13甲所示，给定电压表、电流表、滑动变阻器、电源、开关、待测电阻及导线若干图13(1)待测电阻是一均匀材料制成的金属丝(横截面为圆形)，用直尺测量其长度，用螺旋测微器测量其直径，结果分别如图乙、丙所示，由图可知其长度为cm，直径为mm.(2)对照电路的实物连接在虚线框中画出正确的电路图(3)图14中的6个点表示实验中测得的6组电流I、电压U的值，请作出UI图线图14(4)求出的电阻值R(保留3位有效数字)(5)以上测得的物理量分别是：金属丝两端的电压为U、流过的电流为I、直径为D、长度为L，写出电阻率的表达式.答案(1)59.400.435(2)如图所示(3)如图所示(4)6.10(6.006.20均可)(5)1(多选)在“测定金属的电阻率”的实验中，以下操作中正确的是()A用米尺测量金属丝的全长，且测量三次，算出其平均值，然后再将金属丝接入电路中B用螺旋测微器在被测金属丝三个不同部位各测量一次直径，算出其平均值C用伏安法测电阻时，采用电流表内接法，多次测量后算出平均值D实验中应保持金属丝的温度不变答案BD2(多选)在“测定金属的电阻率”实验中，下列关于误差的说法中正确的是()A电流表采用外接法，将会使测真B电流表采用外接法，由于电压表的并联引起了电阻丝分压的减小而引起测量误差C由可知，I、d、U、l中每一个物理量的测量都会引起的误差D由可知对实验结果准确性影响最大的是直径d的测量答案ACD解析由于采用电流表外接法，将导致R测R真，由可知测真，A对；虽然电压表的并联引起了电阻丝分压的减小，但是计算电阻丝的电阻用的是电压和电流的瞬时对应关系，由于电压表的分流会使电流I的测量值偏大，电阻测量值偏小，引起误差，B错；由可知I、d、U、l中每一个物理量的测量都会引起的误差，但由于直径的指数为2，所以对结果准确性影响最大的是d的测量，C、D对3某同学用伏安法测量导体的电阻，现有量程为3 V、内阻约为3 k的电压表和量程为0.6 A、内阻约为0.1 的电流表采用分压电路接线，图1甲是实物的部分连线图，待测电阻为图乙中的R1，其阻值约为5 .图1(1)测R1阻值的最优连接方式为导线连接(填“a”或“b”)、导线连接(填“c”或“d”)(2)正确接线测得实验数据如下表，用作图法求得R1的阻值为.U/V0.400.801.201.602.002.40I/A0.090.190.270.350.440.53(3)已知图乙中R2与R1是材料相同、厚度相等、表面为正方形的两导体，R2的边长是R1的，若测R2的阻值，则最优的连线应选(填选项)A连接a，连接c B连接a，连接dC连接b，连接c D连接b，连接d答案(1)ad(2)见解析图4.6(4.44.7均可)(3)B解析(1)因电压表的内阻远大于待测电阻R1的阻值，则电流表采用外接法，而滑动变阻器应采用分压式接法，故测R1阻值的最优连接方式为导线连接a，导线连接d；(2)建立坐标系描点连线如图所示，则R14.6 ；(3)设R1的边长为l，厚度为h，电阻率为，根据电阻定律，得R1，R2R1，要测R2的阻值，与测量R1一样，最优的连线应为连接a，连接d，选项B正确4在“测定金属的电阻率”的实验中，待测金属丝的电阻Rx约为5 ，实验室备有下列实验器材：A电压表(量程03 V，内阻约为15 k)；B电压表(量程015 V，内阻约为75 k)；C电流表(量程03 A，内阻约为0.2 )；D电流表(量程00.6 A，内阻约为1 )；E变阻器R1(010 ，0.6 A)；F变阻器R2(02 000 ，0.1 A)；G电池组E(电动势为3 V)；H开关S，导线若干(1)为减小实验误差，应选用的实验器材有(填器材前面的序号)(2)为减小实验误差，应选用如图2中(选填“甲”或“乙”)为该实验的电路原理图，并按所选择的电路原理图把如图3中的实物图用线连接起来图2图3(3)若用毫米刻度尺测得金属丝长度为60.00 cm，用螺旋测微器测得金属丝的直径及两电表的示数如图4所示，则金属丝的直径为 mm，电阻值为 .图4答案(1)ADEGH(2)乙见解析图 (3)0.635(0.6330.637均可)2.4解析(1)由于电源的电动势为3 V，所以电压表应选A；被测电阻约为5 ，电路中的最大电流约为I A0.6 A，电流表应选D；根据变阻器允许通过的最大电流可知，变阻器应选E；还要选用电池组、开关和导线若干故应选用的实验器材有ADEGH.(2)由于，应采用电流表外接法，故应选题图乙所示电路，实物连接如图所示(3)从螺旋测微器可以读出金属丝的直径为0.5 mm13.50.01 mm0.635 mm，从电压表可以读出电阻两端电压为1.20 V，从电流表可以读出流过电阻的电流为0.50 A，被测金属丝的阻值为Rx 2.4 .5用伏安法测量电阻R的阻值，并求出电阻率.给定电压表(内阻约为50 k)、电流表(内阻约为40 )、滑动变阻器、电源、开关、待测电阻(约为250 )及导线若干(要求测量电流、电压能从0开始调节)(1)在虚线框中画出测量R的电路图图5(2)图5中的6个点表示实验中测得的6组电流I、电压U的值，试写出根据此图求R值的步骤：.(3)求出的电阻值R.(保留3位有效数字)(4)待测电阻是一均匀材料制成的圆柱体，用50分度的游标卡尺测量其长度与直径，结果分别如图6甲、乙所示由图可知其长度为，直径为图6(5)由以上数据可求出.(保留3位有效数字)答案(1)见解析图(2)见解析(3)229 (221237 均正确)(4)0.800 cm0.190 cm(5)8.11102 m解析(1)由于R，应采用电流表外接法，要求测量电流、电压从0开始调节，滑动变阻器采用分压式接法如图所示(2)作UI图线，图线应为过原点的直线，使直线过尽可能多的点，不在直线上的点均匀分布在直线两侧，偏离直线较远的点(左起第2个点)应舍弃；求该直线的斜率k，则Rk.(3)在图象中的直线上取两点，求出R229 .(4)题图甲读数l8 mm00.02 mm8.00 mm0.800 cm题图乙读数d1 mm450.02 mm1.90 mm0.190 cm(5)由R，得 m8.1