2020届高考物理总复习第八章恒定电流实验八测定金属的电阻率课件新人教版.pptx

实验八 测定金属的电阻率,【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.掌握螺旋测微器和游标卡尺的使用和读数方法。 3.会用伏安法测电阻，进一步测定金属的电阻率。,【实验原理】 1.螺旋测微器： (1)构造：如图，螺旋测微器的测砧A和固定刻度B固定在尺架C上，可动刻度E、旋钮D、微调旋钮D是与测微螺杆F连在一起的，通过精密螺纹套在B上。,(2)原理： 螺旋测微器的精密螺纹的螺距是0.5 mm， 可动刻度有50个等分刻度，可动刻度旋转一周，测微 螺杆可前进或后退0.5 mm，因此旋转每个小分度，相 当于测微螺杆前进或后退 mm=0.01 mm。可见，可 动刻度每一小分度表示0.01 mm，所以螺旋测微器可准 确到0.01 mm。由于还能再估读一位，可读到毫米的千 分位，故又名千分尺。,(3)读数及注意事项： 固定刻度数字单位是毫米，无数字一端是半毫米。 测量时被测物体长度的半毫米数由固定刻度读出，不足半毫米部分由可动刻度读出。 测量值=固定刻度读数(mm)+可动刻度格数(估读一位)0.01(mm)，最后换算单位。,在读固定刻度数时，要注意固定刻度尺上表示半毫米的刻线是否已经露出。看不准时，判断方法是看可动刻度接近0还是50。 可动刻度格数要估读，即使固定刻度的零点正好与可动刻度的某一刻度线对齐，可动刻度格数小数部分要估读为“0”。结果以毫米为单位，千分位有一位估读数字，不能随便丢掉。,如图所示，固定刻度示数为2.0 mm，而从可动刻度 上读的示数为15.0，最后的读数为2.0 mm+15.0 0.01 mm =2.150 mm。,2.游标卡尺： (1)构造：主尺、游标尺(主尺和游标尺上各有一个内、外测量爪)，游标尺上还有一个深度尺(如图所示)。,(2)用途：测量厚度、长度、深度、内径、外径。,(3)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的总长度少1 mm。常见的游标卡尺的游标尺上小等分刻度有10格的、20格的、50格的，其精确度见下表：,(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线对齐的游标的格数，则记录结果表示为(x+K精确度)mm。需要注意的是，不管是哪种卡尺，K值均不需要估读。,(5)如图所示，有一游标卡尺，主尺的最小分度是 1 mm，游标上有20个小的等分刻度。用它测量一工件 的长度，图示的读数为104 mm+0.050 mm=104.00 mm。,3.常用电表的读数： 对于电压表和电流表的读数问题，首先要弄清电表量程，即指针指到最大刻度时电表允许通过的最大电压或电流值，然后根据表盘总的刻度数确定精确度，按照指针的实际位置进行读数即可。,(1)03 V的电压表和03 A的电流表读数方法相同，此量程下的精确度是0.1 V或0.1 A，看清楚指针的实际位置，读到小数点后面两位。 (2)对于015 V量程的电压表，精确度是0.5 V，在读数时只要求读到小数点后面一位，即读到0.1 V。,(3)对于00.6 A量程的电流表，精确度是0.02 A，在读数时只要求读到小数点后面两位，这时要求“半格估读”，即读到最小刻度的一半0.01 A。,4.电流表、电压表测电阻两种电路接法的比较：,5.伏安法测电阻的电路选择： (1)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。 (2)临界值计算法 Rx 时，用电流表内接法。,(3)实验试探法：按图接好电路，让电压表一根接线柱P先后与a、b处接触一下，如果电压表的示数有较大的变化，而电流表的示数变化不大，则可采用电流表外接法；如果电流表的示数有较大的变化，而电压表的示数变化不大，则可采用电流表内接法。,6.测定金属的电阻率： (1)把金属丝接入电路中，用伏安法测金属丝的电阻， Rx= ， 电路原理如图所示。,(2)用毫米刻度尺测金属丝接入电路部分的长度l，用 螺旋测微器测得金属丝的直径d，算出横截面积S= 。 (3)根据电阻定律R= ，得金属丝电阻率= 。,【实验器材】 被测金属丝，直流电源(4 V)，电流表(00.6 A)，电压表(03 V)，滑动变阻器(50 )，开关，导线若干，螺旋测微器，毫米刻度尺。,【实验过程】 1.直径测定：用螺旋测微器(或游标卡尺)在被测金属 丝上的三个不同位置各测一次直径，求出其平均值d， 计算出金属丝的横截面积S= 。,2.电路连接：按如图所示的电路原理图 连接好用伏安法测电阻的实验电路。 3.长度测量：用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金 属丝的有效长度，反复测量不少于3次，求出其平均值 l。,4.U、I测量：把滑动变阻器的滑片调节到使接入电路中的电阻值最大位置，电路经检查确认无误后，闭合开关S，改变滑动变阻器滑片位置，读出几组相应的电流表和电压表示数I和U的值，填入表格中，断开开关S。,5.拆除实验线路，整理好实验器材。,【数据处理】 1.求Rx： (1)计算法：用Rx= 分别算出各次的数值，再取平均 值。 (2)图象法：画出U-I图象，U-I图象的斜率等于Rx。 2.计算电阻率：将记录的数据U、I、l、d的值代入电 阻率计算式=,【误差分析】 1.系统误差： (1)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。 (2)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。,2.偶然误差： (1)金属丝的横截面积是利用直径计算而得到的，直径的测量是产生误差的主要来源之一。 (2)金属丝的长度测量、电流表和电压表的读数等均会带来偶然误差。,【注意事项】 1.螺旋测微器的使用： (1)测量前应校对零点：使测砧A与测微螺杆P并拢，观察可动刻度零刻线与固定刻度的轴向线是否重合，以及可动刻度的边缘与固定刻度的零刻线是否重合。,(2)测量时，当测微螺杆P将要接触被测物体时，要停止使用旋钮K，改用微调旋钮K，当听到“咔、咔”声时，停止转动，以避免P和被测物体间产生过大的压力。 (3)螺旋测微器应估读一位，即以mm作单位，读到小数点后面第三位。,2.测定金属的电阻率： (1)测量被测金属导线的有效长度，即电压表两端点间的待测导线长度，测量时应将导线拉直，反复测量三次，求其平均值。,(2)闭合开关S之前，一定要使滑动变阻器的滑片处在有效阻值最大的位置。 (3)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。,热点一 教材原型实验 【典例1】(2018成都模拟)在“探究导体电阻与其影响因素的定量关系”的实验中： (1)某实验小组用如图所示电路对镍铬合金丝和康铜丝进行探究，a、b、c、d是四种金属丝。,实验小组讨论时，某同学对此电路提出异议，他认为，电路中应该串联一个电流表，只有测出各段金属丝的电阻，才能分析电阻与其影响因素的定量关系，你认为要不要串联电流表？并简单说明理由。 _。,几根镍铬合金丝和康铜丝的规格如下表所示：电路图中金属丝a、b、c分别为下表中编号为A、B、C的金属丝，则金属丝d应为下表中的_(用表中编号D、E、F表示)。,(2)该实验小组探究了导体电阻与其影响因素的定量关系后，想测定某金属丝的电阻率。,用毫米刻度尺测量金属丝长度为L=80.00 cm，用螺旋测微器测金属丝的直径如图甲所示，则金属丝的直径d为_。,按如图乙所示连接好电路，测量金属丝的电阻R。改变滑动变阻器的阻值，获得六组I-U数据描在如图所示的坐标系上。由图可求得金属丝的电阻R=_，该金属丝的电阻率=_m(保留两位有效数字)。,【解析】(1)串联电路的电流处处相等，串联电阻两 端电压与电阻成正比，不需要测出电流，根据电阻两 端电压大小即可比较电阻大小；探究影响电阻的因 素，应用控制变量法，实验已选A、B、C的金属丝，根 据控制变量法的要求，应控制材料的长度与横截面积 相等而材料不同，因此d应选表中的E。 (2)由图示,螺旋测微器可知，其示数为1.5 mm+10.00.01 mm =1.600 mm；根据坐标系内的点作出图象如图所示， 由图象可知，电阻值为R= 0.52 ，由 R= 可得电阻率= 1.310-6 m。,答案：(1)不需要，串联电路的电流处处相等，电压与电阻成正比 E (2)1.600 mm 0.52 1.310-6,【解题通法】测金属电阻率实验的四点提醒 (1)根据电阻定律得= 。 (2)通过有关图象来求电阻率。图象法处理实验数据是 最常用的方法之一，要从物理规律出发，写出图象的 函数关系式，弄清斜率、截距等的物理意义，从而求 出相关物理量。,(3)测定金属电阻率实验，由于被测金属丝的阻值较小，一般采用电流表外接法。 (4)实验时特别注意：为了方便，测量直径时应在金属丝连入电路之前测量。,热点二 创新拓展实验,题型1 电表的改装 【典例2】(2018全国卷)某同学组装一个多用电 表。可选用的器材有：微安表头(量程100 A，内阻 900 )；电阻箱R1(阻值范围0999.9 )；电阻箱 R2(阻值范围099 999.9 )；导线若干。要求利用,所给器材先组装一个量程为1 mA的直流电流表，在此基础上再将它改装成量程为3 V的直流电压表。组装好的多用电表有电流1 mA和电压3 V两挡。,回答下列问题： (1)在虚线框内画出电路图并标出R1和R2，其中*为公共接线柱，a和b分别是电流挡和电压挡的接线柱。,(2)电阻箱的阻值应取R1=_，R2=_。(保留到个位),【创新点分析】本题要求考生能应用所学的电路规律进行电表改装，由于在同一个电路上在选用不同接线柱时能分别测电流和电压，既要会设置电路，又要会进行计算，所以考题设置有较高的能力要求。,【解析】(1)先并联改装电流表，再串联改装电压表。 (2)R1= =100 ，R2= =2 910 答案：(1)图见解析 (2)100 2 910,题型2 半偏法测电阻 【典例3】(2018全国卷) 一课外实验小组用如图 所示的电路测量某待测电阻Rx的阻值，图中R0为标准 定值电阻(R0=20.0 )； 可视为理想电压表；S1为 单刀开关，S2为单刀双掷开关；E为电源；R为滑动变 阻器。采用如下步骤完成实验：,(1)按照实验原理线路图甲，将图乙中实物连线。 (2)将滑动变阻器滑动端置于适当的位置，闭合S1。,(3)将开关S2掷于1端，改变滑动变阻器滑动端的位 置，记下此时电压表 的示数U1；然后将S2掷于2 端，记下此时电压表 的示数U2。 (4)待测电阻阻值的表达式Rx=_(用R0、U1、U2 表示)。,(5)重复步骤(3)，得到如下数据：,(6)利用上述5次测量所得 的平均值，求得Rx= _。(保留1位小数) 【创新点分析】(1)采用单刀双掷开关设计实验更加 便捷。 (2)由常规的伏安法转变为半偏法测量灵活应用。,【解析】(1)依电路图连接实物图如图,(4)由于电压表可视为理想电压表且滑动变阻器滑动端 的位置不变时，通过R0和Rx电流不变，因此有 待测电阻阻值的表达式Rx= R0,(6)将数据代入Rx= ， 求平均值得Rx=48.2 答案：(1)见解析图 (4) R0 (6)48.2,题型3 等效法测电阻 【典例4】(2018武汉模拟)电学实验中经常需要测量 电阻的阻值。 (1)测电阻的方法有很多种，现在提供一只标有“220 V 40 W”的灯泡，它正常工作时的电阻为_。若 用多用电表欧姆挡来测量这只灯泡的电阻，则测出的,电阻值_(选填“大于”“等于”或“小于”)灯泡正常工作时的电阻值。 (2)用下列器材设计一个实验，测量该灯泡正常工作时的电阻值。,A.220 V交流电源 B.单刀双掷开关一个 C.电阻箱一个(0999.9 ，额定电流0.5 A) D.定值电阻一个(0.5 k，额定电流0.3 A) E.交流电流表一个(00.3 A) 请在虚