江苏省桃州中学高考物理一轮复习 2.5 实验 测金属的电阻率导学案 新人教版选修31.doc

选修3-12013届桃州中学高三物理导学案第二章 恒定电流【课 题】2.5 实验 测金属的电阻率【实验目的】1掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法及电流表和电压表的读数方法2掌握螺旋测微器及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【实验原理】1把金属丝接入电路中，用伏安法测导线的电阻r(r)电路原理如图所示2用米尺量得金属丝的长度l，用螺旋测微器量得金属丝的直径，算出横截面积s.3利用电阻定律r，得出金属丝电阻率的公式.4. 螺旋测微器读数：测量时被测物体长度的整数毫米数由固定刻度读出，小数部分由可动刻度读出测量值(毫米)固定刻度数(毫米)(注意半毫米刻线是否露出)可动刻度数(估读一位)0.01(毫米)5.伏安法测量电路有两种：安培表内接法和外接法. 【实验器材】毫米刻度尺、螺旋测微器、直流电流表和直流电压表、滑动变阻器(阻值范围050 )、电池组、开关、被测金属丝、导线若干【实验步骤】1求导线横截面积s，在准备好的金属丝上三个不同的位置用螺旋测微器各测一次直径，求出其平均值d，则s.2将金属丝两端固定在接线柱上悬空挂直，用毫米刻度尺测量接入电路的金属丝长度(即有效长度)，反复测量三次，求出平均值l.3按照原理图(如图所示)连好用伏安法测电阻的实验电路4把滑动变阻器调到接入电路中的电阻值最大的位置，检查无误后，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值和电压值记录在表格中，断开s，求出导线电阻rx的平均值【数据处理】1在求rx的平均值时可用两种方法：(1)第一种是用rx算出各次的数值，再取平均值(2)第二种得用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公式rx.【注意事项】(1)为了方便，测量直径应在金属丝连入电路前进行，为了准确测量金属丝的长度，应该在连入电路之后在拉直的情况下进行，测量待测导线接入电路两个端点之间的长度(2)本实验中被测金属丝的电阻值较小，故须采用电流表外接法(3)开关s闭合前，滑动变阻器的阻值要调至最大(4)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(5)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，待测金属丝，滑动变阻器连成主干路，然后再把电压表并联在待测金属丝的两端【误差分析】1金属丝直径、长度的测量带来误差2测量电路中电流表及电压表对电阻测量的影响：因为电流表外接，所以r测r真，则r，知测真3通电电流过大，时间过长，导致电阻丝发热，电阻率随之变化带来误差【典型例题】一对实验的理解与应用【例题1】在“测定金属丝的电阻率”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v1(量程3 v，内阻约为15 k)b电压表v2(量程15 v，内阻约为75 k)c电流表a1(量程3 a，内阻约为0.2 )d电流表a2(量程600 ma，内阻约为1 )e滑动变阻器r1(0100 ，0.6 a)f滑动变阻器r2(02 000 ，0.1 a)g电池e(电动势为3 v，内阻约为0.3 )h开关s，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，应选用图甲中_填“(a)”或“(b)”为该实验的电路图，并按所选择的电路图把实物图(如图乙)用导线连接起来(3)若用刻度尺测得金属丝长度为60.00 cm，用螺旋测微器测得金属丝的直径为0.635 mm，两电表的示数分别如图丙所示，则电阻值为_，电阻率为_【例题2】(2011天津理综)某同学测量阻值约为25 k的电阻rx，现备有下列器材：a电流表(量程100 a，内阻约2 k)b电流表(量程500 a，内阻约300 )c电压表(量程15 v，内阻约100 k)d电压表(量程50 v，内阻约500 k)e直流电源(20 v，允许最大电流1 a)f滑动变阻器(最大值1 k，额定功率1 w)g电键和导线若干电流表应选_，电压表应选_(填字母代号)该同学正确选择仪器后连接了以下电路，为保证实验顺利进行，并使测量误差尽量减小，实验前请你检查该电路，指出电路在接线上存在的问题：_；_.【能力训练】1(2010安徽理综21()(1)在测定金属的电阻率实验中，用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图18(a)所示，读数为 mm.(2)在用单摆测定重力加速度实验中，用游标为20分度的卡尺测量摆球的直径，示数如图(b)所示，读数为_cm.2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()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3某同学用伏安法测一个未知电阻的阻值，他先将电压表接在a点，读得两表示数分别为u13.0 v，i13.0 ma，然后将电压表改接在b点，读得两表示数分别为u22.9 v，i24.0 ma，如图所示，由此可知电压表应接到_点误差较小，测得r值应为_.4(2011浙江理综)在“探究导体电阻与其影响因素的定量关系”实验中，为了探究3根材料未知，横截面积均为s0.20 mm2的金属丝a、b、c的电阻率，采用如图所示的实验电路m为金属丝c的左端点，o为金属丝a的右端点，p是金属丝上可移动的接触点在实验过程中，电流表读数始终为i1.25 a电压表读数u随op间距离x的变化如下表：x/mm6007008009001 0001 2001 400u/v3.954.505.105.906.506.656.82x/mm1 6001 8002 0002 1002 2002 3002 400u/v6.937.027.157.858.509.059.75(1)绘出电压表读数u随op间距离x变化的图线(2)求出金属丝的电阻率，并进行比较5检测一个标值为5 的滑动变阻器，可供使用的器材如下：a待测滑动变阻器rx：全电阻约5 (电阻丝绕制紧密，匝数清晰可数)b电流表a1：量程0.6 a，内阻约为0.6 c电流表a2：量程3 a，内阻约为0.12 d电压表v1：量程15 v，内阻约为15 ke电压表v2：量程3 v，内阻约为3 kf滑动变阻器r：全电阻约20 g直流电源e：电动势3 v，内阻不计h游标卡尺i毫米刻度尺j开关s，导线若干(1)用伏安法测定rx的全电阻值，所选电流表为_(填“a1”或“a2”)，所选电压表为_(填“v1”或“v2”)；(2)画出测量电路的原理图，并根据所画原理图将上图中实物连接成测量电路；(3)为了进一步测量待测滑动变阻器电阻丝的电阻率，需要测量电阻丝的直径和总长度，在不破坏变阻器的前提下，请设计一个实验方案，写出所需器材及操作步骤，并给出直径和总长度的表达式 6. 某实验小组利用实验室提供的器材探究一种金属丝的电阻率所用的器材包括：输出为3 v的直流稳压电源、理想电流表、待测金属丝、螺旋测微器(千分尺)、米尺、电阻箱、开关和导线等(1)他们截取了一段金属丝，拉直后固定在绝缘的米尺上，并在金属丝上夹上一个小金属夹，金属夹可在金属丝上移动请根据现有器材，设计实验电路，并连接电路实物图甲(2)实验的主要步骤如下：正确连接电路，设定电阻箱的阻值，开启电源，合上开关；读出电流表的示数，记录金属夹的位置；断开开关，_，合上开关，重复的操作(3)该小组测得电流与金属丝接入长度关系的数据，并据此绘出了图乙的关系图线，其斜率为_a1m1(保留三位有效数字)；图线纵轴截距与电源电动势的乘积代表了_的电阻之和(4)他们使用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图所示金属丝的直径是_图乙中图线的斜率、电源电动势和金属丝横截面积的乘积代表的物理量是_，其数值和单位为_(保留三位有效数字)例题答案：1. 解析(1)由电池e的电动势可判断电压表选v1，结合rx粗略计算电流在600 ma内，故电流表选a2，由rx确定变阻器选r1.(2)因rvrx，电流表应外接，故选图(b)(3)rx 2.40 由rx得 m1.27106 m.2【答案】bc电流表应采用内接法滑动变阻器应采用分压式接法解析最大电流im a800 a，故电流表应选b.电源电动势20 v，电压表d的量程为50 v，测量误差过大，故应选c.r0 k krx，故电流表应采用内接法由于滑动变阻器最大阻值比被测电阻小很多，为了便于调节和为了保证电表的安全，滑动变阻器应采用分压式接法反馈训练 能力训练答案 2解析ac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3【答案】a1 000解析两种接法中两表示数变化分别为：u|u1u2|3.0 v2.9 v0.1 vi|i1i2|3.04.0|ma1.0 ma则，可见电流表示数的变化与电压表接a点时电流之比为1/3，而电压表示数的变化与电压表接a点时电压之比为1/30，很明显，电流表示数变化较电压表示数变化明显，这说明电压表的分流作用较大，为了减小误差，应采用电流表内接法，即电压表接a点，此时：rx 1 000 .4解析(1)根据表格所给数据绘出电压表读数随x变化的图线，作图步骤是先建立坐标系，然后再描点、连线(2)由电阻定律r和r得，结合(1)中的图线，即.具体计算如下：a m1.04106 mb m9.6108 mc m1.04106 m通过计算可知，金属丝a与c电阻率相同，远大于金属丝b的电阻率电阻率的允许范围a：0.961061.10106 mb：8.51081.10107 mc：0.961061.10106 m.5. 【答案】(1)a1v2(2)、(3)见解析 解析(1)因为需要测定rx的阻值，则i a0.6 a，小于电流表a2满偏值的，故电流表选a1，又因为电源的电动势为3 v，电压表与电流表的选取原则相同，故电压表选v2.(2)600，8.3，比较可知rvrx，故应采取电流表外接法因滑动变阻器r约为20 而rx为5 ，故变阻器r可接成限流式，也可接成分压式电路原理图和对应的实物连接如图所示方案一：限流接法方案二：分压接法(3)方案一：需要的器材：游标卡尺、毫米刻度尺主要操作步骤：数出变阻器线圈缠绕匝数n；用毫米刻度尺(也可以用游标卡尺)测量所有线圈的排列长度l，可得电阻丝的直径为d；用游标卡尺测量变阻器线圈部分的外径d，可得电阻丝总长度ln(d)，也可以用游标卡尺测量变阻器瓷管部分的外径d，得电阻丝总长度ln(d)；重复测量三次，求出电阻丝直径和总长度的平均值方法二：需要的器材：游标卡尺主要操作步骤：数出变阻器线圈缠绕匝数n；用游标卡尺测量变阻器线圈部分的外径d1和瓷管部分的外径d2，可得电阻丝的直径为d，电阻丝总长度l(d1d2)；重复测量三次，求出电阻丝直径和总长度6. 答案(1)电路图和实物连线图如上图所示(2)改变金属丝上金属夹的位置(3)10.5(10.510.6都对)金属丝接入长度为0时全电路(4)0.200 mm(0.1980.202 mm都对)金属丝的电阻率9.89107 m(9.89107 m9.98