高考物理总复习 第九章 第3课 实验 测定金属的电阻率课件.ppt

第二单元实验与探究第3课实验 测定金属的电阻率 第九章电路 知能要求与高考展望 1 掌握电流表 电压表 螺旋测微器和滑动变阻器的使用及读数方法 2 会用伏安法测电阻 进一步测定金属的电阻率 3 高考常从连接电路 数据处理及误差分析进行命题 课前自修 1 实验器材被测金属丝 毫米刻度尺 螺旋测微器 电池组 开关 导线若干 电流表 电压表 滑动变阻器 2 电阻率的测定原理把金属丝接入如右图所示的电路中 用电压表测金属丝两端的电压 用电流表测金属丝中的电流 根据rx 计算金属丝的电阻rx 用米尺测量金属丝的长度l 用螺旋测微器测量金属丝的直径d 由s 计算出横截面积s 根据电阻定律 得出计算金属丝电阻率的公式 3 螺旋测微器的构造 原理及读数 1 螺旋测微器的构造 如图所示是常用的螺旋测微器 它的测砧a和固定刻度b固定在尺架c上 旋钮d 微调旋钮d 和可动刻度e 测微螺杆f连在一起 通过精密螺纹套在b上 2 原理 测微螺杆f与固定刻度b之间的精密螺纹的螺距为0 5mm 即旋钮d每旋转一周 f前进或后退0 5mm 而可动刻度e上的刻度为50等份 每转动一小格 f前进或后退0 01mm 即螺旋测微器的精确度为0 01mm 读数时误差出现在毫米的千分位上 因此 螺旋测微器又叫千分尺 3 读数 测量时被测物体长度的整毫米数由固定刻度读出 小数部分由可动刻度读出 测量值 mm 固定刻度数 mm 注意半毫米刻度线是否露出 可动刻度数 估读一位 0 01 mm 4 温馨提示 螺旋测微器需要估读 最后一位数字为估计数字 读数和记数时估计位为有效数字的最后一位 4 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 尺身上还有一个紧固螺钉 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少1mm 常见的游标卡尺的游标尺上小等分刻度有10个的 20个的 50个的 其读数见下表 4 读数 若用x表示由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 5 温馨提示 游标卡尺的读数应注意下列几点 看清精确度 例如 如图所示 易错读成11 4 0 1 11 40 mm 正确计数为11 4mm 游标卡尺不需估读 后面不能随意加零 例如 如图所示 易错读成10 12 0 05 10 6 mm 正确读数为10 60mm 主尺上的单位应为厘米 主尺上标识的1 2 3等数字通常是指厘米 读数时应将毫米和厘米分清 游标卡尺主尺上的最小刻度是1mm 例如如图所示 易错读成5 4 0 05 5 20 mm 正确计数为50 4 0 05 50 20 mm 区分零刻度与标尺最前端 例如 如图所示 易错读成13 10 0 05 13 50 mm 正确读数为14 10 0 05 14 50 mm 重难突破 1 伏安法测电阻 1 电流表和电压表的应用 2 伏安法测电阻的电路选择 阻值比较法 先将待测电阻的估计值与电压表 电流表的内阻进行比较 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 临界值计算法 rx 时 采用电流表外接法 rx 时 采用电流表内接法 实验试探法 按下图接好电路 让电压表接线柱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 2 控制电路 1 两种控制电路及其作用 供电电路一般由电源和滑动变阻器按一定的连接方式组成 滑动变阻器在供电电路中有两种连接方式 图 a 叫限流式 图 b 叫分压式 限流式可省一个耗电支路 有节能的作用 分压式可使测量电路获得从零至很大的电压 或电流 调节范围 2 两种控制电路的选择 负载电阻的阻值rx远大于变阻器的总电阻r 须采用分压式接法 要求负载电阻rx上的电压或电流变化范围从零开始连续可调 须用分压式接法 两种电路均可使用的情况下 应优先采用限流式接法 因为其节省电能 特殊问题中还要根据电压表和电流表的量程以及滑阻和电源允许通过的最大电流值来计算确定 以保护仪器 3 测量电阻的新方法替代法测电阻 如右图所示 开关s1闭合s2断开 s2接1 调节滑动变阻器r使电流表示数超过其量程的1 3 记下此时电流表的示数为i1 s2接2 滑动变阻器r的滑片不动 调节电阻箱r0 使电流表的示数仍为i1 记下此时电阻箱的读数为r1 由此可得rx r1 该方法的优点是消除了电流表内阻对测量的影响 缺点是电阻箱的电阻不能连续变化 4 伏安法测定金属电阻率的实验步骤 1 用螺旋测微器三次测量金属丝不同位置的直径取平均值d 求出其横截面积s d2 4 2 将金属丝两端固定在接线柱上悬空拉直 用毫米刻度尺测量接入电路的金属丝长度 测三次 求出平均值l 3 根据所选测量仪器和选择电路的原则画好电路图 然后依电路图按顺序给实物连线并将滑动变阻器的阻值调到最大 4 检查线路无误后闭合开关 调节滑动变阻器读出几组i u值 分别计算电阻r再求平均值 设计表格并把测量的d l u i填入 5 数据处理 将测得的d l u i的值 代入电阻率的计算式 中 计算出金属丝的电阻率 6 拆除电路 整理好实验器材 题型探究 题型一 螺旋测微器 电压表 电流表的读数方法 例1 1 如图甲所示的三把游标卡尺 它们的游标尺自左至右分别为9mm长10等分 19mm长20等分 49mm长50等分 它们的读数依次为 mm mm mm 2 使用螺旋测微器测量金属丝的直径 示数如图乙所示 则金属丝的直径是 mm 3 图丙用0 6a量程时 对应刻度盘上每一小格代表 a 表针的示数是 a 当使用3a量程时 对应刻度盘上每一小格代表 a 图中表针示数为 a 图丁使用较小量程时 每小格表示 v 图中表针的示数为 v 若使用的是较大量程 则这时表盘刻度每小格表示 v 图中表针指示的是 v 4 旋钮式电阻箱如下图所示 电流从接线柱a流入 从b流出 则接入电路的电阻为 今欲将接入电路的电阻改为2087 最简单的操作方法是 若用两个这样的电阻箱 则可得到的电阻值范围为 解析 1 最上面图读数 整毫米数是17 不足1毫米数是7 0 1 0 7 mm 最后结果是17 0 7 17 7 mm 中间图读数 整毫米数是23 不足1毫米数是17 0 05 0 85 mm 最后结果是23 0 85 23 85 mm 最下面图读数 整毫米数是3 不足1毫米数是5 0 02 0 10 mm 最后结果是3 0 10 3 10 mm 2 固定刻度示数为2 0mm 不足半毫米的从可动刻度上读的示数为15 0 最后的读数为 2 0 15 0 0 01 2 150 mm 3 使用0 6a量程时 刻度盘上的每一小格为0 02a 表针的示数为0 44a 当换用3a量程时 每一小格为0 1a 表针示数为2 20a 电压表使用3v量程时 每小格表示0 1v 表针示数为1 70v 使用15v量程时 每小格为0 5v 表针示数为8 5v 4 电阻为1987 最简单的操作方法是将 1k 旋钮调到2 再将 100 旋钮调到0 每个电阻箱的最大阻值是9999 用这样两个电阻箱串联可得到的最大电阻2 9999 19998 故用两个这样的电阻箱 则可得到的电阻值范围为0 19998 答案 1 17 723 853 10 2 2150 3 0 020 440 12 20 0 11 700 58 5 4 1987将 1k 旋钮调到2 再将 100 旋钮调到00 19998 方法点窍 电阻箱与游标卡尺读数时不用估计 其他测量工具一般要估读 题型二 电阻测量的仪器 实验原理图的选择等 例2 在 测定金属导线的电阻率 的实验中 待测导线的电阻rx约为5 额定电流约为0 6a 实验室备有下列实验器材 a 电压表v1 量程3v 内阻rv1 15k b 电压表v2 量程15v 内阻rv2 75k c 电流表a1 量程0 6a 内阻ra1 1 d 电流表a2 量程3a 内阻ra2 0 2 e 滑动变阻器r1 0 10 2 0a f 滑动变阻器r2 0 200 0 1a g 电池e 电动势为9v 内阻约为0 2 h 开关 导线若干 1 为提高实验精确度 减小实验误差 应选用的实验器材有 2 为减小实验误差 应选下列两个图中 图为该实验的电路原理图 审题突破 如果没有进行分析计算就会错选限流式接法 这是同学们要注意的 解析 1 由于待测电阻的额定电流及额定电压较小 故要选择量程小的电压表和电流表 而实验电流要接近0 6a 高电阻的滑动变阻器耐流小 故要选择低电阻的滑动变阻器 故仪器应选择a c e g h 2 由于待测电阻为小电阻 故测量电路采用电流表外接法 由于电源电动势为9v 若控制电路采用限流式接法 当把滑动变阻器的阻值调至最大时 电路的电流i 0 56a 而电路电流需限制在0 6a以内 这样电流表示数的可变范围仅为0 56a 0 6a 实验误差较大 故控制电路不能采用限流式接法 要采用分压式接法 故应选乙图 答案 1 a c e g h 2 乙 方法点窍 器材的选取应遵从安全 准确 操作方便的原则 可以先列式估算出电路中的电流强度 然后再选取合适量程的电流表和电压表等器材 题型三 测量电阻时实物连图的技巧 例3 2012 揭阳三模 在 测定金属导体的电阻率 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0 3v 内阻约为15k b 电压表 量程0 15v 内阻约为75k c 电流表 量程0 3a 内阻约为0 2 d 电流表 量程0 0 6a 内阻约为11 e 变阻器r1 0 100 0 6a f 变阻器r2 0 2000 0 1a g 电池组e 电动势为3v 内阻约为0 3 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 填代号 2 为减小实验误差 应选用图中 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下图中的实物图用线连接起来 3 若用毫米刻度尺测得金属丝的长度为60 00cm 用螺旋测微器测得金属丝的直径及两电表的示数如图所示 则金属丝的直径为 mm 电阻值为 解析 掌握本实验的原理和方法 1 由于电源的电动势为3v 所以电压表应选a 被测电阻阻值约为5 电路中的最大电流约为i 0 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 还要选用电池和开关 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 应选乙所示电路 实物连接如下图所示 3 从螺旋测微器可以读出金属丝的直径为0 635mm 从电压表可以读出电阻两端电压为1 20v 从电流表可以读出流过电阻的电流为0 50a 被测电阻的阻值为 答案 1 adegh 2 乙见解析图所示 3 0 6352 4 方法点窍 连接实物的基本方法 1 画出实验电路图 2 分析各元件连接方式 明确电表量程 3 画线连接各元件 一般先从电源正极开始 到开关 再到滑动变阻器等 按顺序以单线连接方式将主电路中要串联的元件依次串联起来 其次将要并联的元件再并联到电路中去 连接完毕 应进行检查 检查电路应按照连线的方法和顺序 题型四 测量电阻时实验数据的处理及误差分析 例4 用伏安法测电阻时 按如图所示电路进行 1 请你简要写出下面还未完成的主要操作步骤 并用字母表达出相应的测量值 闭合开关s1 开关s2接2 调节r和rp 使电压表读数接近满量程 读出此时电流表和电压表读数i1 u1 保持 不变 将s2接1 调节 使电压表读数接近量程 2 写出待测电阻rx的表达式 rx 3 本实验的测量值与真实值相比 填 偏大 偏小 或 一样 解析 闭合开关s1 开关s2接2 调节r和rp 使电压表读数接近满量程 读出此时电流表和电压表读数i1 u1 根据欧姆定律得 u1 i1 ra rp rx 保持rp不变 将s2接1 调节r 使电压表读数接近量程 读出此时电流表和电压表读数i2 u2 根据欧姆定律得 u2 i2 ra rp 解 得 rx 由此看出 电流表内阻造成的误差被消除了 测量值与真实值一样 答案 rpr读出此时电流表和电压表读数i2 u2 2 3 一样 方法点窍 多借助一个电阻器 通过改变滑动变阻器的电阻 做两次实验 利用欧姆定律列方程组 解方程组就可消除某个电表电阻的影响 从而准