（课标通用版）2020版高考物理总复习第八章04实验八测定金属的电阻率（同时练习使用螺旋测微器）课件.pptx

实验八测定金属的电阻率（同时练习使用螺旋测微器）,一实验目的,二实验原理,三实验器材,基础过关,四实验步骤,五数据处理,六误差分析,七注意事项,考点一实验原理和实验操作,考点二实验数据处理和误差分析,考点三实验拓展和实验创新,考点突破,基础过关,一、实验目的1.掌握控制电路的连接方法及电流表和电压表的读数方法。2.掌握螺旋测微器和游标卡尺的原理及读数方法。3.会用伏安法测电阻,进一步测定金属的电阻率。,二、实验原理由电阻定律R=,得=R,可知需要测出金属丝的长度l和它的直径d,并计算出横截面积S,并用伏安法测出电阻Rx,即可计算出金属的电阻率。用伏安法测金属丝的电阻的实验电路如图甲、乙所示。,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、实验步骤1.直径测定:用螺旋测微器在被测金属导线上的三个不同位置各测一次直径,求出其平均值d,计算出导线的横截面积S=。,2.电路连接:按实验原理电路图甲或乙连接好电路。3.长度测量:用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属导线的有效长度,反复测量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其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.拆除实验电路,整理好实验器材。,五、数据处理1.在求Rx的平均值时可用两种方法(1)用Rx=分别算出各次的阻值,再取平均值。(2)用U-I图线的斜率求出阻值。,2.计算电阻率将记录的数据Rx、l、d的值代入电阻率计算式=Rx=。,六、误差分析1.金属丝的横截面积是利用直径计算而得的,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。,七、注意事项1.本实验中被测金属导线的电阻值较小,因此实验电路一般采用电流表外接法。2.测量被测金属导线的有效长度,是指测量待测导线接入电路的两个端点之间的长度,亦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。3.测金属导线直径一定要选三个不同部位进行测量,求其平均值。,4.采用图甲所示电路时,闭合开关S前,应将滑动变阻器的滑片置于最左端;若采用图乙所示电路,闭合开关S前,应将滑动变阻器滑片置于最右端。5.在用伏安法测电阻时,通过待测导线的电流I不宜过大(电流表用00.6A量程),通电时间不宜过长,以免金属导线的温度明显升高,造成其电阻率在实验过程中逐渐增大。,考点一实验原理和电路连接例1要测量某种合金的电阻率。(1)若合金丝长度为L,直径为D,阻值为R,则其电阻率=。用螺旋测微器测合金丝的直径如图甲所示,读数为mm。甲,考点突破,(2)图乙是测量合金丝阻值的原理图,S2是单刀双掷开关。根据原理图在图丙中将实物连线补充完整。乙,丙(3)闭合S1,当S2处于位置a时,电压表和电流表的示数分别为U1=1.35V,I1=0.30A;当S2处于位置b时,电压表和电流表的示数分别为U2=0.92V,I2=0.32A。根据以上测量数据判断,当S2处于位置(选填“a”或“b”)时,测量相对准确,测量值R=(结果保留两位有效数字)。,答案(1)0.653(0.6510.655均正确)(2)见解析图(3)b2.9,解析(1)合金丝电阻R=,则电阻率=;由题图甲所示螺旋测微器可知,其示数为0.5mm+15.30.01mm=0.653mm。,(2)实物电路图如图所示。,(3)根据=0.32,=0.06,可知电压表示数变化较大,说明电流表分压作用较大,因此必须采用电流表外接法,即S2处于位置b。根据欧姆定律可得R=2.9。,变式1(2018河南开封模拟)在“测定金属的电阻率”的实验中,某同学所测的金属导体的形状如图甲所示,其横截面为空心的等边三角形,外等边三角形的边长是内等边三角形边长的2倍,内三角形为中空。为了合理选用器材设计测量电路,他先用多用电表的欧姆挡“1”按正确的操作步骤粗测其电阻,指针如图乙,则读数应记为。甲,乙,现利用实验室的下列器材,精确测量它的电阻R,以便进一步测出该材料的电阻率:A.电源E(电动势为3V,内阻约为1)B.电流表A1(量程为00.6A,内阻r1约为1)C.电流表A2(量程为00.6A,内阻r2=5)D.最大阻值为10的滑动变阻器R0E.开关S,导线若干,(1)请在图丙虚线框内补充画出完整、合理的测量电路图。(2)先将R0调至最大,闭合开关S,调节滑动变阻器R0,记下各电表读数,再改变R0进行多次测量。在所测得的数据中选一组数据,用测量量和已知量来计算R时,若A1的示数为I1,A2的示数为I2,则该金属导体的电阻R=。,(3)该同学用直尺测量导体的长度为L,用螺旋测微器测量了外三角形的边长a。测边长a时,螺旋测微器读数如图丁所示,则a=mm。用已经测得的物理量I1、I2、L、a及题中所给物理量可得到该金属材料电阻率的表达式为=。丁,答案6(1)电路图见解析图(2)(3)5.665(5.6635.667),解析多用电表读数为:61=6;(1)测量电路如图所示;(2)由欧姆定律可知:I2r2=(I1-I2)R,解得R=;,(3)螺旋测微器读数a=5.5mm+0.01mm16.5=5.665mm;导体的截面积为S=a2-=a2,则根据欧姆定律R=,解得=。,方法总结,考点二实验数据处理和误差分析,例2某同学通过实验测量一种合金的电阻率。(1)用螺旋测微器测量合金丝的直径。为防止读数时测微螺杆发生转动,读数前应先旋紧图甲所示的部件(选填“A”“B”“C”或“D”)。从图中的示数可读出合金丝的直径为mm。(2)如图乙所示是测量合金丝电阻的电路,相关器材的规格已在图中标出。合上开关,将滑动变阻器的滑片移到最左端的过程中,发现电压表和电流表的指针只在图示位置发生很小的变化。由此可以推断:电路中,(选填图中表示接线柱的数字)之间出现了(选填“短路”或“断路”)。图甲图乙,(3)在电路故障被排除后,调节滑动变阻器,读出电压表和电流表的示数分别为2.23V和38mA,由此,该同学算出接入电路部分的合金丝的阻值为58.7。为了更准确地测出合金丝的阻值,在不更换实验器材的条件下,对实验应作怎样的改进?请写出两条建议。,答案(1)B0.410(2)7、9断路(3)电流表改为内接;测量多组电流和电压值,计算出电阻的平均值。(或测量多组电流和电压值,用图像法求电阻值)解析(1)读数前应先旋紧B,防止读数时测微螺杆发生转动。螺旋测微器读数=0+41.00.01mm=0.410mm。(2)7、9之间发生断路,则内阻较大的电压表和内阻较小的电流表一起串联于电路中,此时改变阻值较小的滑动变阻器阻值时,对电压表和电,流表的示数影响很小,符合题述现象,同时满足两表读数。(3)因为Rx=58.7=30,所以应选用电流表内接法。为了减小偶然误差可测量多组电流和电压值,计算电阻的平均值。或测量多组电流和电压值,用图像法求电阻值。,变式2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50cm。(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3V,内阻约1)、电流表(内阻约0.1)、电压表(内阻约3k)、滑动变阻器R(020,额定电流2A)、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:,由以上实验数据可知,他们测量Rx是采用图中的图(选填“甲”或“乙”)。(3)如图所示是测量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。,(4)这个小组的同学在坐标纸上建立U、I坐标系,如图所示,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U-I图线。由图线得到金属丝的阻值Rx=(保留两位有效数字)。,(5)根据以上数据可以估算出金属丝电阻率约为(填选项前的符号)。A.110-2mB.110-3mC.110-6mD.110-8m(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选项是(有多个正确选项)。A.用螺旋测微器测量金属丝直径时,由于读数引起的误差属于系统误差B.由于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U-I图像处理数据求金属丝电阻可以减小偶然误差,答案(1)0.397(0.3950.399均正确)(2)甲(3)如图(a)所示(4)如图(b)所示4.4(4.34.7)(5)C(6)CD(a),(b),解析(1)螺旋测微器的读数原则为固定刻度+可动刻度分度值=0+9.70.01mm=0.397mm。(2)由记录数据知,若采用乙图限流电路,则当U=0.10V,I=0.020A时,滑动变阻器须串入的电阻约为145,大于滑动变阻器的最大阻值20,所以实验中滑动变阻器R应采用分压式连接,故他们采用甲图电路。(3)实物连接图见答案,连线时要注意:电压表的正、负接线柱不要接反。滑动变阻器中滑片P的位置应使最初Rx两端电压为零。(4)U-I图线见答案。求出图线斜率即Rx的阻值。,(5)R=,则=R=R1.010-6m。(6)系统误差是实验原理、实验方法不完善、测量工具不精密等因素造成的误差。偶然误差是人为、环境等偶然因素造成的误差。故读数引起的误差属偶然误差,而电表的内阻引起的误差是系统误差,A、B选项错误;把电表内阻计算在内,完善了实验方案,可消除这一因素引起的系统误差,C选项正确;用多次测量求平均值的方法,可减小偶然误差,D选项正确。,方法总结,考点三实验拓展和实验创新,续表,例3(2018河北邯郸一中一轮收官)在测定某金属的电阻率实验中:图1图2图3,(1)某学生进行了如下操作:利用螺旋测微器测金属丝直径d,如图1所示,则d=mm。测量金属丝电阻Rx的电路图如图2所示,闭合开关S,先后将电压表右侧接线端P接a、b点时,电压表和电流表示数如表1所示。,表1,该学生观察到两次测量中,电流表的读数几乎未变,发生这种现象的原因是。比较合理且较准确的金属丝电阻Rx测=(保留两位有效数字)。从系统误差角度分析,Rx的测量值与其真实值Rx真相比较,Rx测(填“”“=”或“”)Rx真。,(2)另一同学找来一恒压电源,按图3所示电路先后将接线端P分别接a处和b处,测得相关数据如表2所示,该同学利用该数据可算出Rx的真实值为。,表2,答案(1)1.704(1.7031.706均正确)电压表内阻远大于金属丝电阻,电压表分流几乎为零12(2)13,解析(1)由题图1所示螺旋测微器可知,金属丝直径为1.5mm+20.40.01mm=1.704mm。,1.某同学测量一个圆柱体的电阻率,需要测量圆柱体的尺寸和电阻。(1)分别使用游标卡尺和螺旋测微器测量圆柱体的长度和直径,某次测量的示数如图甲和乙所示,长度为cm,直径为mm。,巩固训练,(2)按图丙连接电路后,实验操作如下:将滑动变阻器R1的阻值调置最处(选填“大”或“小”);将S2拨向接点1,闭合S1,调节R1,使电流表示数为I0。将电阻箱R2的阻值调至最(选填“大”或“小”),S2拨向接点2;保持R1不变,调节R2,使电流表示数仍为I0,此时R2阻值为1280。(3)由此可知,圆柱体的电阻为。,答案(1)5.015.316(5.3105.320)(2)大大(3)1280,解析(1)游标卡尺的分度值为0.1mm,所以L=(50+10.1)mm=5.01cm,螺旋测微器的读数为d=(5+31.60.01)mm=5.316mm。(2)为了保护电流表,在接通电路之前,要使电路中的总电阻尽可能大,然后慢慢减小电路中的电阻。为使电路电流较小,使电流表示数逐渐变大,电阻箱阻值也应先调至最大。(3)将S1闭合,S2拨向接点1时,其等效电路图如图甲所示。,当S2拨向2时,其等效电路图如图乙所示。由闭合电路欧姆定律知I=,当I相同均为I0时,R2=R圆柱体,所以R圆柱体=1280。,2.(2016课标,23,9分)某同学利用图(a)所示电路测量量程为2.5V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99999.9),滑动变阻器R1(最大阻值50),滑动变阻器R2(最大阻值5k),直流电源E(电动势3V),开关1个,导线若干。实验步骤如下:按电路原理图(a)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(a)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2.00V,记下电阻箱的阻值。图(a),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(a)所示电路将图(b)中实物图连线。图(b),(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.100AB.250AC.500AD.1mA,答案(1)R1(2)如图所示(3)2520(4)D解析(1)在保证电路安全的前提下,分压式电路中的滑动变阻器应选用总阻值小的。,(2)见答案图。(3)电压表示数为2.00V,说明电阻箱分压为0.5V,可知RV=4R=4630.0=2520。(4)I满=1mA。,3.在“探究导体电阻与其影响因素的定量关系”的实验中:(1)某实验小组用如图甲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。甲,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。你认为需不需要串联电流表?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=80.00cm,用螺旋测微器测金属丝的直径如图乙所示,则金属丝的直径d为。,按图丙所示连接好电路,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数据描在如图丁所示的坐标系上。由图可求得金属丝的电阻R=,该金属丝的电阻率=m(结果保留两位有效数字)。丁,答案(1)不需要,串联电路中的电流处处相等,电压与电阻成正比E(2)1.600mm0.521.310-6,解析(1)在串联电路中电流处处相等,串联电阻两端的电压与电阻成正比,不需要测出电流,根据电阻两端电压大小即可比较出电阻大小。探究影响电阻大小的因素,应采用控制变量法,实验已选编号为A、B、C的金属丝,根据控制变量法的要求,应控制金属丝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1.5mm+10.00.01mm=1.600mm。根据坐标系内的点作出U-I图线如图所示,由图可知,金属丝的,电阻为R=0.52;由电阻定律R=可得,电阻率=m1.310-6m。,4.(2019安徽蚌埠质检)实验室购买了一捆标称长度为100m的铜导线,某同学想通过实验测定其实际长度。该同学首先测得导线横截面积为1.0mm2,查得铜的电阻率为1.710-8m,再利用图甲所示电路测出铜导线的电阻Rx,从而确定导线的实际长度。,可供使用的器材有:电流表:量程00.6A,内阻约0.2;电压表:量程03V,内阻约9k;滑动变阻器R1:最大阻值5;滑动变阻器R2:最大阻值20;定值电阻:R0=3;电源:电动势6V,内阻可不计;开关、导线若干。,回答下列问题:(1)实验中滑动变阻器应选(填“R1”或“R2”),闭合开关S前应将滑片移至端(填“a”或“b”)。(2)在实物图中,已正确连接了部分导线,请根据图甲电路完成剩余部分的连接。