金板学案高考物理一轮复习 第8章 第3课 实验：测定金属的电阻率练习.doc

第二单元实验与探究第3课实验：测定金属的电阻率一、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掌握螺旋测微器的使用方法和读数方法3学会利用伏安法测电阻，进一步测出金属丝的电阻率二、实验原理由r得，因此，只要测出金属丝的长度l，横截面积s和金属丝的电阻r，即可求出金属丝的电阻率.1把金属丝接入电路中，用伏安法测金属丝的电阻r(r)电路原理如图所示2用毫米刻度尺测量金属丝的长度l，用螺旋测微器量得金属丝的直径，算出横截面积s.3将测量的数据代入公式求金属丝的电阻率三、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、螺旋测微器、游标卡尺的使用1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s固定在尺架f上旋钮k、微调旋钮k和可动刻度h、测微螺杆p连在一起，通过精密螺纹套在s上(2)螺旋测微器的原理测微螺杆p与固定刻度s之间的精密螺纹的螺距为0.5 mm，即旋钮k每旋转一周，p前进或后退0.5 mm，而可动刻度h上的刻度为50等份，每转动一小格，p前进或后退0.01 mm，即螺旋测微器的精确度为0.01 mm.读数时估读到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)如图所示，固定刻度示数为2.0 mm，不足半毫米而从可动刻度上读的示数为15.0，最后的读数为：2.0 mm15.00.01 mm2.150 mm.2游标卡尺(如图所示)(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1 mm.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，见下表：刻度格数(分度)刻度总长度每小格与1 mm的差值精确度(可准确到)109 mm0.1 mm0.1 mm2019 mm0.05 mm0.05 mm5049 mm0.02 mm0.02 mm(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，则记录结果表达为(xk精确度) mm.五、伏安法测电阻1电流表的内接法和外接法的比较.内接法外接法电路图误差原因电流表分压u测uxua电压表分流i测ixiv电阻测量值r测rxrarx测量值大于真实值r测rx测量值小于真实值适用条件rarxrvrx适用于测量大阻值电阻小阻值电阻2.两种电路的选择(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简单概括为“大内偏大，小外偏小”(2)临界值计算法rx时，用电流表外接法；rx时，用电流表内接法(3)实验试探法：按如图所示接好电路，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六、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电路连接按如图所示的原理电路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导线的有效长度，反复测量3次，求出其平均值l.4u、i测量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，整理好实验器材七、数据处理1在求rx的平均值时可用两种方法(1)用rx分别算出各次的数值，再取平均值(2)用ui图线的斜率求出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.八、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、待测金属导线、滑动变阻器连成主干线路(闭合电路)，然后再把电压表并联在待测金属导线的两端3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4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5闭合开关s之前，一定要使滑动变阻器的滑片处在有效电阻值最大的位置6在用伏安法测电阻时，通过待测导线的电流强度i不宜过大(电流表用00.6 a 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7求r的平均值时可用两种方法：第一种是用r算出各次的测量值，再取平均值；第二种是用图象(ui图线)来求出若采用图象法，在描点时，要尽量使各点间的距离拉大一些，连线时要尽可能地让各点均匀分布在直线的两侧，个别明显偏离较远的点可以不予考虑九、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都会带来偶然误差4由于金属丝通电后发热升温，会使金属丝的电阻率变大，造成测量误差十、测量电阻的其他方法1安安法测电阻若电流表内阻已知，则可当作电压表来使用(1)若已知电流表a1的内阻r1，当两表的满偏电压接近时可按右图连接，由两电流表的读数可测得电流表a2的内阻r2.(2)若已知电流表a1的内阻r1，当两电表的满偏电压ua2ua1时，电流表a1要先串联一定值电阻r0使两支路的电压相近再按右图连接，由两电流表的读数可测得电流表a2的内阻r2.2伏伏法测电阻电压表内阻已知，则可当作电流表来使用(1)若已知电压表v1的内阻r1，当两表的满偏电流接近时可按右图连接，由两电压表的读数可测得电压表v2的内阻r2.(2)若已知电压表v1的内阻r1，当两电表的满偏电流iv1iv2时，电压表v1要先并联一定值电阻r0使两电表指针偏转相接近，由两电压表的读数可测得电压表v2的内阻r2.3电阻箱当电表使用(1)电阻箱当电压表使用如图所示，可测得电流表a2的内阻r2.图中借助电阻箱r可测得电流表a2两端的电压(i1i2)r，起到了测定电压的作用 (2)电阻箱当电流表使用如图所示，若已知电压表的内阻rv，读得电阻箱阻值r，则可测得干路电流为i.图中电阻箱与电压表配合使用起到了测电流的作用4替代法测电阻如图所示，开关s1先闭合，s2先断开(1)s2接1，调节滑动变阻器r使电流表示数超过其量程的，记下此时电流表的示数为i1；(2)s2接2，滑动变阻器r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；(3)由此可得rxr1.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1在“探究决定导线电阻的因素”的实验中，以下操作中错误的是(ac)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解析：实验中应测量出金属丝接入电路中的有效长度，而不是全长；金属丝的电阻很小，与电压表内阻相差很大，使金属丝与电压表并联，电压表对它分流作用很小，应采用电流表外接法故a、c操作错误2分别用如图所示的甲、乙两种电路测量同一未知电阻的阻值图甲中两表的示数分别为3 v、4 ma，图乙中两表的示数分别为4 v、3.9 ma，则待测电阻rx的真实值为(d)a略小于1 k b略小于750 c略大于1 k d略大于750 解析：先判断采用的测量方法，由于在两种不同的接法中电压表的示数变化大，说明测量的是小电阻，这样电流表分压较大，应该采用图甲进行测量比较准确图甲中测量值为r测750 ，较真实值偏小故d项正确课时作业1在“测定金属丝电阻率”的实验中，由可知，对实验结果的准确性影响最大的是(a)a金属丝直径d的测量 b电压u的测量c电流i的测量 d金属丝长度l的测量解析：四个选项中的四个物理量对金属丝的电阻率均有影响，但影响最大的是直径d，因为在计算式中取直径的平方2将如图所示的螺旋测微器的读数写出来甲_mm乙_cm解析：先读出固定尺上的读数，再读出可动尺上的读数甲：8 mm47.70.01 mm8.477 mm.乙：6.5 mm7.80.01 mm6.578 mm0.657 8 cm.答案：8.4760.657 83某同学用螺旋测微器测量一铜丝的直径，测微器的示数如图所示，该铜丝的直径为_mm.解析：螺旋测微器固定刻度部分读数为4.5 mm，可动刻度部分读数为0.093 mm，所以所测铜丝直径为4.593 mm.答案：4.5924.5944(1)用游标为50分度的游标卡尺测量某工件的长度时，示数如图所示，则测量结果应该读作_mm.(2)用螺旋测微器测圆柱体的直径时，示数如图所示，此示数为_mm.答案：(1)10.40(2)2.7205某物理学习小组的两位同学采用“伏安法”测金属丝的电阻的实验中，根据同一组数据进行正确描点后，甲、乙两位同学根据自己的理解各作出一条图线，如图甲、乙所示，根据你对实验的理解，你认为_同学的图线正确，根据你选择的图线算出该金属丝的电阻为_.(保留两位有效数字)解析：当金属丝两端电压为零时，通过的电流也为零，因此图线必过原点，故甲同学的图线正确；在甲同学画的图线上距原点较远的地方取一个点，其坐标值为(0.4 a，1.52 v)，故金属丝电阻为：r 3.8 .答案：甲3.8(3.73.9均可)6在“探究决定导线电阻的因素”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(0100 ，0.6 a)f变阻器r2(02 000 ，0.1 a)g电池组e(电动势为3 v，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，应选用如图中_填(a)或(b)为该实验的电路原理图，并按所选择的电路原理图把下图的实物图用线连接起来解析：(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，应选图(b)所示电路，实物连接如图所示答案：见解析7有一根圆台状匀质合金棒如图甲所示，某同学猜测其电阻的大小与该合金棒的电阻率、长度l和两底面直径d、d有关他进行了如下实验：(1)用游标卡尺测量合金棒的两底面直径d、d和长度l.图乙中游标卡尺(游标尺上有20个等分刻度)的读数l_cm.(2)测量该合金棒电阻的实物电路如图丙所示(相关器材的参数已在图中标出)该合金棒的电阻约为几欧姆图中有一处连接不当的导线是_(用标注在导线旁的数字表示)(3)改正电路后，通过实验测得合金棒的电阻r6.72 ，根据电阻定律计算电阻率为、长为l、直径分别为d和d的圆柱状合金棒的电阻分别为rd13.3 、rd3.38 .他发现：在误差允许范围内，电阻r满足r2rdrd，由此推断该圆台状合金棒的电阻r_(用、l、d、d表示)解析：(1)首先确定游标卡尺的精度为20分度，即为0.05 mm，然后以毫米为单位从主尺上读出整毫米数99.00 mm，注意小数点后的有效数字要与精度一样，再从游标尺上找出对的最齐一根刻度线