高中物理选修 试验 实验七　测定金属的电阻率 实验八　描绘小电珠的伏安特性曲线.ppt

,一、实验目的 1掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法 2学会利用伏安法测电阻，进一步测出金属丝的电阻率,二、实验原理 1伏安法测电阻 (1)电流表的内接法和外接法的比较,(2)两种电路的选择 阻值比较法：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，宜采用电流表外接法；若rx较大，宜采用电流表内接法简单概括为“大内偏大，小外偏小” 临界值法：令r0 ，当rxr0时，用内接法；rxr0时，用外接法,试触法：如图实71所示，将电压表 分别接在a、c和b、c两点间时，若电流表 示数变化较大，说明电压表分流较大，应选用内接法，若 电压表示数变化较大，则选用外接法,图实71,(2)金属丝的长度可以用毫米刻度尺测量 (3)金属丝的横截面积s由金属丝的直径d算出，即 sd2/4.其中金属丝的直径用螺旋测微器测出 若用实验中直接测出的物理量来表示电阻率，则金属丝的电阻率的表达式为,三、实验器材 被测金属丝，螺旋测微器，毫米刻度尺，电池组，电流表，电压表，滑动变阻器，开关，导线若干,四、实验操作 1实验步骤 (1)将被测金属丝密绕在铅笔上，用 mm刻度尺测出n匝的总长度a， 则金属丝的直径d ，然后计 算出导线的横截面积s. (2)按如图实72所示的原理电路图连接好用伏安法测电 阻的实验电路,图实72,(3)用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属导线的有效长 度，反复测量3次，求出其平均值l. (4)把滑动变阻器的滑动片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，记入表格内，断开开关s. (5)拆去实验线路，整理好实验器材,2数据处理 测量数据填入下表中：,(1)金属丝的长度l_ cm_ m. (2)金属丝的横截面积s_mm2_m2. (3)金属丝的电阻r_.,(4)金属丝材料的电阻率 _m.,五、注意事项 1为了方便，测量直径应在导线连入电路前进行，为了准 确测量金属丝的长度，应该在连入电路之后在拉直的情 况下进行 2本实验中被测金属丝的电阻值较小，故须采用电流表外 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 5实验连线时，应先从电源的正极出发，依次将电源、 开关、电流表、待测金属丝、滑动变阻器连成干路， 然后再把电压表并联在待测金属丝的两端,六、误差分析 1金属丝的横截面积是利用直径计算而得，直径的测量是产生误差的主要来源之一 2采用伏安法测量金属丝的电阻时，由于采用的是电流表外接法，测量值小于真实值，使电阻率的测量值偏小 3金属丝的长度测量、电流表和电压表的读数等会带来偶然误差 4由于金属丝通电后发热升温，会使金属丝的电阻率变大，造成测量误差,(2009广东高考)某实验小组利用实验室提供的器材探究一种金属丝的电阻率所用的器材包括：输出为3 v的直流稳压电源、电流表、待测金属丝米尺、电阻箱、开关和导线等,(1)他们截取了一段金属丝，拉直后固定在绝缘的米尺上，并在金属丝上夹上一个小金属夹，金属夹可在金属丝上移动请根据现有器材，设计实验电路，并连接电路实物图(图实73甲所示),图实73,(2)实验的主要步骤如下： 正确连接电路，设定电阻箱的阻值，开启电源，合上开关； 读出电流表的示数，记录金属夹的位置； 断开开关，_，合上开关，重复的操作,(3)该小组测得电流与金属丝接入长度 关系的数据，并据此绘出了图实75乙所示的关系图线，其斜率为_a1m1(保留三位有效数字)；图线纵轴截距与电源电动势的乘积代表了 _的电阻之和,(4)他们使用刻度尺测量金属丝的直径是0.2 mm，图实 75乙中图线的斜率、电源电动势和金属丝横截面 积的乘积代表的物理量是_，其数值 和单位为_(保留三位有效数字),解析 (3)k a1m110.5 a1m1.l0时纵轴截距与电动势的乘积是 ，表示此时电路中的总电阻 (4)d0.01 mm20.00.200 mm. 由闭合电路欧姆定律可得ei(rrra)，又有r ，联立得 ，可知斜率为 ，所以三者之积为电阻率，其值9.99107 m.,答案 (1)如图实74所示,图实74,(2)改变金属丝上金属夹的位置 (3)10.510.6 金属丝接入长度为零时全电路(或电阻箱、电流表) (4)0.1980.202 mm 金属丝的电阻率 9.691071.02106 m,(2010江门模拟)在“测定金属的电阻率”的实验中，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，然后根据电阻定律计算出该金属材料的电阻率,为此取来两节新的干电池、电键和若干导线及下列器材： a电压表03 v，内阻10 k b电压表015 v，内阻50 k c电流表00.6 a，内阻0.05 d电流表03 a，内阻0.01 e滑动变阻器，010 f滑动变阻器，0100 (1)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),(2)实验中某同学的实物接线如图实75所示，请指出 该同学实物接线中的两处明显错误,错误1：_； 错误2：_.,解析 因为两节干电池的电动势是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.,答案 (1)a c e (2)错误1：导线连接在滑动变阻器的滑片上 错误2：采用了电流表内接法,一、实验目的 1描绘小电珠的伏安特性曲线 2分析伏安特性曲线的变化规律,二、实验原理 1用电流表测出流过小电珠的电流，用电压表测出小电珠 两端的电压，测出多组(u，i)值，在ui坐标系中描出各对应点，用一条平滑的曲线将这些点连起来 2电流表外接：因为小电珠的电阻很小，如果电流表内接， 误差明显较大；滑动变阻器采用分压式：使电压能从零开始连续变化,3滑动变阻器的限流接法和分压接法 (1)两种接法比较,(2)限流电路、分压电路的选择原则 安全性原则：不超过电表的量程或允许通过的最大电流 方便性原则：便于调节，方便读数 经济性原则：以损耗能量最小为原则,(3)两种接法的适用条件 限流式接法适合测量阻值小的电阻(与滑动变阻器总电阻相比相差不多或比滑动变阻器的总电阻还小)因为rx小，限流式中滑动变阻器分得电压大，移动滑动触头调节范围大 分压式接法适合测量阻值较大的电阻(比滑动变阻器的总电阻大)因为rx大，分压式中rx几乎不影响电压的分配，移动滑动触头电压变化明显，便于调节 以下几种情况必须采用分压接法：,a若采用限流式不能控制电路中电流满足实验要求，即不论怎样调节滑动变阻器，待测电阻上的电流(或电压)都会超过电流表(或电压表)的量程，或超过待测电阻的额定电流，则必须选用分压式接法 b若待测电阻的阻值比滑动变阻器总电阻大得多，以致在限流电路中，滑动变阻器的滑动触头从一端滑到另一端时，待测电阻上的电流或电压变化范围不够大，不利于多次测量求平均值，此时，应改用分压式接法,c若实验中要求电压从零开始连续可调，则必须采用分压式接法 在两种电路均可使用的情况下，应优先采用限流式接法，因为限流式接法电路简单、耗能低,4仪器的选择 (1)电表的选择：先估算电流或电压值，在选择电流表或电压 表时，应使指针达到半偏以上 (2)滑动变阻器的选择：实验电路若采用限流式接法，一般选 用阻值适当大一些的滑动变阻器，但不可过大；实验电路若采用分压式接法，应选择阻值小一些的滑动变阻器，以便于调节，但要注意其额定电压和额定电流值 (3)电源的选择：综合考虑小灯泡、电压表、电流表的量程以 及滑动变阻器的阻值，保证能为实验提供合适的电流或电压,三、实验器材 小电珠(3.8 v,0.3 a)或(2.5 v,0.6 a)一个，电压表(03 v15 v)与电流表(00.6 a3 a)各一个，滑动变阻器(最大阻值20 )一个，学生低压直流电源(或电池组)，开关一个，导线若干，坐标纸、铅笔,四、实验操作 1实验步骤 (1)根据小电珠上标示的额定电压 和额定电流，选定电源的输出 电压和电表的量程； (2)将小电珠、电流表、电压表、滑动变阻器、电源、开关用 导线连接成如图实81所示的电路；,图实81,(3)将滑动变阻器的触头移动到右端，闭合开关，调节滑动 变阻器，读出并记录多组u、i数值，将测量数据填入表 格中； (4)断开开关，拆除电路，整理仪器,2数据处理 实验中的u、i数据记入下表中：,(1)在坐标纸上以u为横轴、i为纵轴建立坐标系，选取合适的 标度； (2)在坐标纸上描出以上各组数据所对应的点，用一条平滑 的曲线把这些点连起来，得到小电珠的伏安特性曲线,五、注意事项 1电路的连接方式 (1)电流表应采用外接法：因为小电珠(3.8 v,0.3 a)的电阻很 小，与00.6 a的电流表串联时，电流表的分压影响很大 (2)滑动变阻器应采用分压式连接：目的是使小电珠两端的 电压能从零开始连续变化,2闭合开关s前，滑动变阻器的触头应移到使小电珠分得电 压为零的一端，使开关闭合时小电珠的电压从零开始变化，同时也是为了防止开关刚闭合时小电珠两端因电压过大而烧坏灯丝 3iu图线在u01.0 v左右将发生明显弯曲，故在u1.0 v左右绘点要密，以防出现较大误差,4电流表选择0.6 a量程，电压表量程的选择视小电珠的额定 电压而定，即使用的若是“3.8 v,0.3 a”的小电珠，选用电压表的15 v量程；若使用“2.5 v,0.6 a”的小电珠，则选用电压表的3 v量程 5当小电珠的电压接近额定值时要缓慢增加，到额定值记录i 后马上断开开关 6误差较大的点要舍去，iu图线应是平滑曲线而非折线,六、误差分析 1由于电压表、电流表不是理想电表，内阻对电路的影响 会带来误差 2测量时电表读数带来误差 3在坐标纸上描点、作图带来操作误差,(2010聊城模拟)某课外学习小组想描绘标有“4 v,2 w”的小灯泡的ui图象，除导线和开关外还备有以下器材可供选择：,a电流表(量程0.6 a，内阻约为1 ) b电流表(量程3.0 a，内阻约为0.2 ) c电压表(量程5.0 v，内阻约为5 k) d电压表(量程15.0 v，内阻约为15 k) e滑动变阻器(最大阻值为200 ，额定电流100 ma) f滑动变阻器(最大阻值为10 ，额定电流1.0 a) g电源(电动势为6.0 v，内阻约为1.5 ),(1)实验中所用的电流表应选_；电压表应选_； 滑动变阻器应选_(只需填器材前面的字母代号) (2)将图实82甲中的实物连接成实验所需的电路(有两根导线已经接好)实验开始时，滑动变阻器的滑片应该置于最_端(填“左”或“右”),图实82,(3)经过正确的操作，测得的数据如下表：,请在图实82乙中描点画出小灯泡的ui曲线,(4)若某干电池的端电压u与电流i的关系如图乙中图线a所示，那么将本题中的小灯泡接在该干电池的两端时，小灯泡的实际功率是_w.,解析 (1)因小灯泡的额定电压为4 v，额定电流i额 a0.5 a，故电压表用c，电流表用a，因电路采用分压式连接，滑动变阻器应该用f. (2)开关闭合前应使小灯泡两端电压为零，故滑动变阻器的滑片应置于最左端实物连线如图实83甲所示,图实83,(3)ui图线如图实83乙中b所示 (4)图乙中a、b两图线的交点坐标表明：该小灯泡接在该电池两端时，灯泡的电压为u2.0 v，电流为i0.4 a，故小灯泡的实际功率为piu0.8 w.,答案 (1)a c f (2)左 实物连线如图实83甲所示 (3)如图实83乙中图线b所示 (4)0.8,发光二极管是目前电 器指示灯广泛使用的电子元件， 在电路中的符号是 只有 电流从标有“”号的一端流入， 从标有“”号的一端流出时，它 才能发光，这时可将它视为一个纯电阻现有厂家提供的某型号的发光二极管的伏安特性曲线如图实84所示,图实84,(1)已知该型号发光二极管的正常工作电压为2.0 v若用电动势为12 v、内阻可以忽略不计的直流电源供电，为使该二极管正常工作，需要在电源和二极管之间串联一只阻值为_ 的定值电阻 (2)已知该型号的发光二极管允许通过的最大电流为56 ma，请用实验证明这种元件的伏安特性曲线与厂家提供的数据是否一致可选用的器材有：,待测发光二极管 直流电源e(电动势4.5 v，内阻忽略不计) 滑动变阻器r(最大阻值为200 ) 电压表v1(量程10 v，内阻约50 k) 电压表v2(量程5 v，内阻约20 k) 电流表a1(量程100 ma，内阻