高中物理 第二章 直流电路 第5讲 学生实验：测定金属的电阻率课件 教科版选修31.ppt

第5讲学生实验 测定金属的电阻率 第二章直流电路 1 进一步掌握电流表 电压表 滑动变阻器和游标卡尺的使用方法 2 掌握螺旋测微器和游标卡尺的原理及读数方法 3 学会利用伏安法测电阻 进一步测出金属丝的电阻率 目标定位 对点检测自查自纠 栏目索引 测定金属的电阻率 一 实验原理1 把金属丝接入电路中 用伏安法测金属丝的电阻r r 由于金属丝的电阻较小 选择电流表接法 由于不要求电压必须从0开始调节 所以一般可以选择滑动变阻器接法 请在方框内画出实验电路原理图 答案 测定金属的电阻率 外 限流式 2 用测出金属丝的长度l 用测出金属丝的直径d 算出横截面积s s 答案 毫米刻度尺 螺旋测微器 答案 二 实验器材螺旋测微器 电压表 电流表 定值电阻 开关及导线 被测金属丝 电池 三 实验过程1 实验步骤 1 测直径 用在被测金属丝上三个不同位置各测一次直径 并记录 2 量长度 用测量接入电路中的被测金属丝的有效长度 反复测量3次 并记录 毫米刻度尺 滑动变阻器 螺旋测微器 毫米刻度尺 3 连电路 按如图1所示的电路图连接实验电路 答案 图1 4 求电阻 把滑动变阻器的滑动触头调节到使接入电路中的电阻值最的位置 电路经检查确认无误后 闭合开关s 改变滑动变阻器滑动触头的位置 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 大 答案 2 数据处理电阻r的数值可用以下两种方法确定 1 计算法 利用每次测量的u i值分别由公式r 计算出电阻 再求出电阻的平均值作为测量结果 2 图像法 可建立i u坐标系 将测量的u i值描点作出图像 利用图像的求出电阻r 3 实验注意事项 1 因一般金属丝电阻较小 为了减少实验的系统误差 必须选择电流表法 斜率 外接 答案 2 本实验若用限流式接法 在接通电源之前应将滑动变阻器调到阻值最状态 3 测量l时应测接入电路中的金属丝的有效长度 即两接线柱之间的长度 在金属丝的3个不同位置上用测量直径d 4 电流不宜过大 电流表用0 0 6a量程 通电时间不宜太长 以免电阻率因温度升高而变化 大 螺旋测微器 四 螺旋测微器和游标卡尺的原理及读数方法1 螺旋测微器的原理及读数方法 1 构造 如图2所示 b为固定刻度 e为可动刻度 图2 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mm 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mm 即螺旋测微器的精确度为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半毫米数由刻度读出 不足半毫米部分由刻度读出 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 mm 答案 0 5 0 01 0 01 固定 可动 0 01 2 游标卡尺的原理及读数方法 1 构造 主尺 游标尺 主尺和游标尺上各有一个内 外测量爪 游标卡尺上还有一个深度尺 如图3所示 图3 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 常见的游标尺上小等分刻度有10个 20个 50个的 其规格见下表 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度线对齐的游标的格数 则记录结果表示为 x k 精确度 mm 解析答案 例1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 典例精析 图4 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4所示 其读数应为 mm 该值接近多次测量的平均值 解析螺旋测微器的读数为0mm 39 8 0 01mm 0 398mm 0 398 0 395 0 399均正确 2 用伏安法测金属丝的电阻rx 实验所用器材为电池组 3v 电流表 内阻约0 1 电压表 内阻约3k 滑动变阻器r 0 20 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 解析答案 由以上实验数据可知 他们测量rx是采用图5中的 图 选填 甲 或 乙 图5 解析由实验记录的数据可知rx的阻值大约为5 由题知rx rv 故电流表 外接 若滑动变阻器接为限流式接法 则rx两端的电压最小值umin u 0 6v 而从实验数据可知rx两端电压为0 10v 因此滑动变阻器应采用分压式接法 因此选甲图 甲 解析答案 3 图6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 图6 解析如图甲所示 甲 答案见解析图甲 解析答案 4 这个小组的同学在坐标纸上建立u i坐标系 如图7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 图7 解析选尽可能多的点连成一条直线 不在直线上的点均匀分布在直线两侧 如图乙所示 乙 图线的斜率反映了金属丝的电阻 因此金属丝的电阻值rx 4 5 答案见解析图乙4 5 4 3 4 7均正确 解析答案 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 1 10 2 mb 1 10 3 mc 1 10 6 md 1 10 8 m c 总结提升 总结提升 1 实物连接时 注意导线不能相交叉 并且要注意闭合开关时 分压电路的输出端电压要为零 2 对螺旋测微器进行读数时要注意 以毫米为单位时 小数点后面要有三位有效数字 特别是最后一位估读数字为零时 不能省略 在读数时注意半毫米刻度线是否已露出 例2利用如图8所示的电路测量某种电阻丝材料的电阻率 所用电阻丝的电阻约为20 带有刻度尺的木板上有a和b两个接线柱 把电阻丝拉直后固定在接线柱a和b上 在电阻丝上夹上一个带有接线柱c的小金属夹 沿电阻丝移动金属夹 可改变其与电阻丝接触点p的位置 从而改变接入电路中电阻丝的长度 可供选择的器材还有 电池组e 3 0v 内阻不计 电流表a1 量程0 100ma 内阻约5 电流表a2 量程0 0 6a 内阻约0 2 电阻箱r 0 999 9 开关 导线若干 实验操作步骤如下 a 用螺旋测微器在电阻丝上三个不同的位置分别测量电阻丝的直径 b 将选用的实验器材 按照图8连接实验电路 c 调节电阻箱使其接入电路中的电阻值较大 d 将金属夹夹在电阻丝上某位置 闭合开关 调整电阻箱的阻值 使电流表满偏 然后断开开关 记录电阻箱的电阻值r和接入电路的电阻丝长度l 图8 e 改变金属夹与电阻丝接触点的位置 闭合开关 调整电阻箱的阻值 使电流表再次满偏 重复多次 记录每一次电阻箱的电阻值r和接入电路的电阻丝长度l f 断开开关 整理好器材 解析答案 1 某次测量电阻丝直径d时 螺旋测微器示数如图9所示 则d mm 图9 解析螺旋测微器的读数为 d 0 5mm 23 0 0 01mm 0 730mm 0 730 解析答案 2 实验中电流表应选择 填 a1 或 a2 a1 解析答案 3 用记录的多组电阻箱的阻值r和对应的接入电路中电阻丝长度l的数据 绘出了如图10所示的r l关系图线 图线在r轴的截距为r0 在l轴的截距为l0 再结合测出的电阻丝直径d 写出电阻丝的电阻率表达式 用给定的物理量符号和已知常数表示 图10 解析答案 4 本实验中 电流表的内阻对电阻率的测量结果 影响 填 有 或 无 无 返回 1 某同学在一次 测定金属的电阻率 的实验中 用毫米刻度尺测出接入电路部分的金属丝长度为l 0 720m 用螺旋测微器测出金属丝直径 刻度位置如图11所示 用伏安法测出金属丝的电阻 阻值约为5 然后计算出该金属材料的电阻率 在用伏安法测定金属丝的电阻时 除被测金属丝外 还有如下实验器材 对点检测 1 2 图11 a 直流电源 输出电压为3v b 电流表a 量程0 0 6a 内阻约0 125 c 电压表v 量程0 3v 内阻3k d 滑动变阻器 最大阻值20 e 开关 导线等 1 2 1 从图中读出金属丝的直径为 mm 答案 1 2 0 600 2 根据所提供的器材 在虚线框中画出实验电路图 答案如图所示 3 若根据伏安法测出金属丝的阻值为rx 4 0 则这种金属材料的电阻率为 m 计算结果保留两位有效数字 解析答案 1 2 1 6 10 6 2 某同学通过实验测定一个阻值约为5 的电阻rx的阻值 1 现有电源 4v 滑动变阻器 0 50 额定电流2a 开关和导线若干 以及下列电表 a 电流表 0 3a 内阻约0 025 b 电流表 0 0 6a 内阻约0 125 c 电压表 0 3v 内阻约3k d 电压表 0 15v 内阻约15k 1 2 解析答案 1 2 为减小测量误差 在实验中 电流表应选用 电压表应选用 选填器材前的字母 实验电路应采用图12中的 选填 甲 或 乙 图12 1 2 答案bc甲 解析答案 1 2 2 图13是测量rx的实验器材实物图 图中已连接了部分导线 请根据在 1 问中所选的电路图 补充完成图中实物间的连线 图13 解析如图所示 答案见解析图 解析答案 1 2 3 接通开关 改变滑动变阻器滑片p的位置 并记录对应的电流表示数i 电压表示数u 某次电表示数如图14所示 可得该电阻的测量值rx 保留两位有效数字 图14 解析电流表 电压表的读数分别为i 0 50a u 2 60v 所以rx 5 2 5 2 解析答案 1 2 4 若在 1 问中选用甲电路 产生误差的主要原因是 若在 1 问中选用