南方新高考高考物理大一轮复习 实验七 测定金属的电阻率课件.ppt

实验七测定金属的电阻率 实验准备 实验目的 1 掌握电流表 电压表和滑动变阻器的使用方法以及电流 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 实验原理 结合 和 用 测一段金属丝的长度l 用 测导线的直径d 用 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0 50 电池组 开关 被测金属丝 导线若干 欧姆定律 电阻定律 毫米刻度尺 螺旋测微器 伏安 d24l r 实验过程 实验步骤 螺旋测微器 1 用 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 2 依照电路图如图s7 1所示用导线将器材连好 将滑动变 最大 阻器的阻值调至 填 最大 或 最小 图s7 1 3 用毫米刻度尺测量 中的被测金属导线的长度 即有效长度 反复测量3次 求出其平均值l 4 电路经检查确认无误后 闭合电键s 改变滑动变阻器滑片的位置 读出几组相应的电流值和电压值 记录在表格内 断开电键s 求出被测金属导线电阻r的平均值 5 拆去实验线路 整理好实验器材 数据分析 算出金属导线的电阻率 接入电路 实验分析 误差分析 1 金属丝直径 长度测量带来误差 2 电流表及电压表对电阻测量的影响 因为电流表外接 3 通电电流过大 时间过长 致使电阻丝发热 电阻率随 之变化带来误差 基础检测 2013年安徽卷 1 在测定一根粗细均匀合金丝电阻率的实验中 利用螺旋测微器测定合金丝直径的过程如图s7 2所示 校零时的读数为 mm 合金丝的直径为 mm 图s7 2 2 为了精确测量合金丝的电阻rx 设计出如图s7 3甲所示的实验电路图 按照该电路图完成图乙中的实物电路连接 甲 乙 图s7 3 答案 1 0 0070 638 0 636 0 640mm均正确 2 如图d22所示 图d22 考点1游标卡尺与螺旋测微器 重点归纳 一 螺旋测微器 1 构造 如图s7 4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 图s7 4 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 二 游标卡尺 1 构造 如图s7 5所示 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 图s7 5 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 y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 x y 精确度 mm 典例剖析例1 2014年海南卷 现有一合金制成的圆柱体 为测量该合金的电阻率 现用 伏安法 测圆柱体两端之间的电阻 用螺旋测微器测量该圆柱体的直径 用游标卡尺测量该圆柱体的长度 螺旋测微器和游标卡尺的示数如图s7 6甲和乙所示 甲 乙 图s7 6 1 由上图读得圆柱体的直径为 cm 长度为 cm 2 若流经圆柱体的电流为i 圆柱体两端之间的电压为u 圆柱体的直径和长度分别为d l 测得d l i u表示的电阻率的关系式为 解析 1 螺旋测微器的读数为1 5mm 34 4 0 01mm 1 844mm 1 842 1 846mm范围内的均正确 游标卡尺的读数为42mm 8 0 05mm 42 40mm 4 240cm 2 圆柱体的横 考点练透 1 1 如图s7 7所示的两把游标卡尺 它们的游标尺从左到右分别为9mm长10等分 19mm长20等分 它们的读数依次 mm mm 甲 乙 图s7 7 2 使用螺旋测微器测量两个金属丝的直径 示数如图s7 8所示 则甲 乙金属丝的直径分别为 mm mm 甲 乙 图s7 8 解析 1 图s7 7甲读数 整毫米是17 不足1毫米数是7 0 1mm 0 7mm 最后结果是17mm 0 7mm 17 7mm 乙图读数 整毫米是23 不足1毫米数是17 0 05mm 0 85mm 最后结果是23mm 0 85mm 23 85mm 2 图s7 8甲读数 甲固定刻度示数为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 0mm 15 0 0 01mm 2 150mm 图乙读数 乙金属丝的直径为4 5 0 01mm 0 045mm 答案 1 17 723 85 2 2 1500 045 一般要求各电表的实际读数不小于其量程的 以减小读数 考点2电阻率的测量及实物连线 重点归纳 1 仪器选择的基本思路 1 优先考虑安全因素 各电表的实际读数不能超过其量程 电阻类元件中的实际 电流 或电压 不能超过其允许的最大电流 或电压 2 考虑读数误差因素 误差 3 仪器选择的一般步骤 首先选择唯一性的器材 粗画电路图 暂不接电流表和电压表 估算回路中电流和电压的最大值 在电表的指针有较大幅度的偏转但不超过其量程的情况下 结合已知器材的规格 确定实验电路和实验器材 2 注意事项 1 实验中如果被测金属导线的电阻值较小 实验电路必须 用电流表外接法 2 测金属丝直径一定要选多个不同部位进行测量 3 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 4 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0 0 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 次的测量值 再取平均值 第二种方法是用图象法 u i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 典例剖析例2 2014年山东卷 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 7 10 8 m 再利用如图s7 9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 甲 乙 图s7 9 可供使用的器材有 电流表 量程0 0 6a 内阻约0 2 电压表 量程0 3v 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 填 a 或 b 端 2 在实物图s7 10中 已正确连接了部分导线 请根据图 s7 9甲电路完成剩余部分的连接 图s7 10 3 调节滑动变阻器 当电流表的读数为0 50a时 电压表 示数如图乙所示 读数为 v 4 导线的实际长度为 m 计算结果保留2位有效 数字 解析 1 由 3 中电流表的读数为0 50a时 电压表的读数为2 30v可知 rx和r0的总阻值约为4 60 若选用滑动变阻器r1 电源电压为6v 电流表的量程只有0 6a 会把电流表烧坏 故滑动变阻器应该选r2 闭合开关前应将滑片移至a端保证连入电阻最大 2 如图s7 11所示 图s7 11 3 由于电压表量程为0 3v 分度值为0 1v 故读数为 2 30v 答案 1 r2a 2 如图s7 11所示 3 2 30 4 94 考点练透 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s7 12所示 其读数应为 mm 该值接近多次测量的平均值 图s7 12 2 如图s7 13所示是本次测量rx所用的电路图 图s7 14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 请根据如图所示的电路图 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s7 13 图s7 14 3 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图象处理数据求金属丝电阻可以减小偶然误差 答案 1 0 397 0 395 0 399均正确 2 如图d23所示 图d23 3 cd 方法1内接法 外接法 1 伏安法测电阻的两种电路形式比较 2 电流表内接法 外接法的确定方法 例3 某学习小组用 伏安法 测量一未知电阻r的阻值 给定器材及规格为 电流表 量程0 5ma 内阻约为10 电压表 量程0 3v 内阻约为3k 最大阻值约为100 的滑动变阻器 电源e 电动势约为3v 开关s 导线若干 1 由于不知道未知电阻的阻值范围 先采用如图s7 15甲所示电路试测 读得电压表示数大约为2 5v 电流表示数大约为5ma 则未知电阻阻值rx大约为 2 经分析 该电路测量误差较大 需作改进 请直接在原图甲上改画 在不需要的连线上画 表示 补画上需要添加的连线 3 对改进的电路进行测量 并根据测量数据画出了如图乙所示的u i图象 得rx 计算结果保留3位有效数字 甲 乙 图s7 15 审题突破 根据 1 计算出来的未知电阻的大约阻值判断是内接还是外接 然后改电路 3 中的图象坐标的标度都不是从0开始的 但根据电阻的特性 电压为0时 电流一定为0 故一定过原点 图象应该是过原点的一倾斜直线 可用斜率求出其阻值 600 阻时应采用安培表内接法测电阻 图s7 16 3 u i图象的斜率k等于所测未知电阻阻值rx 所以rx k u i 答案 1 500 2 如图s7 16所示 3 600 题外拓展 该题给出的滑动变阻器的最大阻值为100 根据 1 问计算出来的未知电阻阻值大约500 故控制电路用分压接法 所以不用改变滑动变阻器的接法 若题中的滑动变阻器的最大阻值从100 改为1500 则滑动变阻器需用限流接法 解答 2 问时 应该还要改变滑动变阻器的连线 触类旁通 1 2014年新课标全国卷 在 伏安法测电阻 的实验中 待测电阻rx约为200 电压表 的内阻约为2k 电流表 的内阻约为10 测量电路中电流表的连接方式如图s7 17甲压表和电流表的示数 若将图甲和图乙中电路测得的电阻值分真实值 甲 乙 图s7 17 答案 大于 小于 方法2电阻测量的五种方法 1 伏安法 特点 大内小外 内接法测量值偏大 测大电阻时应用内接 法测量 2 安安法若电流表内阻已知 则可将其当做电流表 电压表以及定值电阻来使用 1 如图s7 18甲所示 当两电表所能测得的最大电压接近 时 如果已知 的内阻r1 则可测得 的内阻r2 i1r1i2 2 如图乙所示 当两电表的满偏电压ua2 ua1时 串 联一定值电阻r0后 同样可测得 的内阻r2 i1 r1 r0 i2 甲 乙 图s7 18 的内阻 3 伏伏法若电压表内阻已知 则可将其当做电流表 电压表和定值电阻来使用 1 如图s7 19甲所示 两电表的满偏电流接近时 若已知 的内阻r1 则可测出 的内阻r2 u2u1 r1 2 如图乙所示 两电表的满偏电流iv1 iv2时 并联一 定值电阻r0后 同样可得甲 乙 图s7 19 读数为 4 半偏法电路图如图s7 20所示图s7 20 满偏为i0 步骤 1 断开s2 闭合s1 调节r0 使 2 保持r0不变 闭合s2 调节r 使 3 由上可得ra r 5 等效替代法 如图s7 21所示 先让待测电阻与一电流表串联后接到电动势恒定的电源上 读出电流表示数i 然后将电阻箱与电流表串联后接到同一电源上 调节电阻箱的阻值 使电流表的读数仍为i 则电阻箱的读数即等于待测电阻的阻值 图s7 21 例4 2014年四川卷 如图s7 22所示是测量阻值约几十欧的未知电阻rx的原理图 图中r0是保护电阻 10 r1是电阻 箱 0 99 9 r是滑动变阻器 和 是电流表 e是电源 电 动势10v 内阻很小 在保证安全和满足要求的情况下 使测量范围尽可能大 实验具体步骤如下 图s7 22 连接好电路 将滑动变阻器r调到最大 闭合s 从最大值开始调节电阻箱r1 先调r1为适当值 再调节滑动变阻器r 使 示数为i1 0 15a 记下此时电阻箱 的阻值r1和 的示数i2 重复步骤 再测量6组