高考物理一轮复习 实验八 测定金属的电阻率课件.ppt

实验八测定金属的电阻率 实验目的 1 掌握电流表 电压表和滑动变阻器的使用方法 2 掌握螺旋测微器和游标卡尺的使用和读数方法 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 螺旋测微器 1 构造 如图 螺旋测微器的测砧a和固定刻度b固定在尺架c上 可动刻度e 旋钮d 微调旋钮d 是与测微螺杆f连在一起的 通过精密螺纹套在b上 2 原理 螺旋测微器的精密螺纹的螺距是0 5mm 可动刻度有50个等分刻度 可动刻度旋转一周 测微螺杆可前进或后退0 5mm 因此旋转每个小分度 相当于测微螺杆前进或后退mm 0 01mm 可见 可动刻度每一小分度表示0 01mm 所以螺旋测微器可准确到0 01mm 由于还能再估读一位 可读到毫米的千分位 故又名千分尺 3 读数及注意事项 固定刻度数字单位是毫米 无数字一端是半毫米 测量时被测物体长度的半毫米数由固定刻度读出 不足半毫米部分由可动刻度读出 测量值 固定刻度读数 mm 可动刻度格数 估读一位 0 01 mm 最后换算单位 在读固定刻度数时 要注意固定刻度尺上表示半毫米的刻线是否已经露出 看不准时 判断方法是看可动刻度接近0还是50 可动刻度格数要估读 即使固定刻度的零点正好与可动刻度的某一刻度线对齐 可动刻度格数小数部分要估读为 0 结果以毫米为单位 千分位有一位估读数字 不能随便丢掉 如图所示 固定刻度示数为2 0mm 而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 2 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 如图所示 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的总长度少1mm 常见的游标卡尺的游标尺上小等分刻度有10格的 20格的 50格的 其精确度见下表 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线对齐的游标的格数 则记录结果表示为 x k 精确度 mm 需要注意的是 不管是哪种卡尺 k值均不需要估读 5 如图所示 有一游标卡尺 主尺的最小分度是1mm 游标上有20个小的等分刻度 用它测量一工件的长度 图示的读数为104mm 0 05 0mm 104 00mm 3 伏安法测电阻 电流表内接法和外接法的比较 4 电阻率的测定原理 1 把金属丝接入电路中 用伏安法测金属丝的电阻 rx 电路原理如图所示 2 用毫米刻度尺测金属丝接入电路部分的长度l 用螺旋测微器测得金属丝的直径d 算出横截面积s 3 根据电阻定律r 得金属丝电阻率 实验器材 被测金属丝 直流电源 4v 电流表 0 0 6a 电压表 0 3v 滑动变阻器 50 开关 导线若干 螺旋测微器 毫米刻度尺 实验过程 1 直径测定 用螺旋测微器 或游标卡尺 在被测金属丝上的三个不同位置各测一次直径 求出其平均值d 计算出金属丝的横截面积s 2 电路连接 按如图所示的电路原理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丝的有效长度 反复测量不少于3次 求出其平均值l 4 u i测量 把滑动变阻器的滑片调节到使接入电路中的电阻值最大位置 电路经检查确认无误后 闭合开关s 改变滑动变阻器滑片位置 读出几组相应的电流表和电压表示数i和u的值 填入表格中 断开开关s 5 拆除实验线路 整理好实验器材 数据处理 1 求rx 1 计算法 用rx 分别算出各次的数值 再取平均值 2 图象法 画出u i图象 u i图象的斜率等于rx 2 计算电阻率 将记录的数据u i l d的值代入电阻率计算式 误差分析 1 系统误差 1 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 2 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 2 偶然误差 1 金属丝的横截面积是利用直径计算而得到的 直径的测量是产生误差的主要来源之一 2 金属丝的长度测量 电流表和电压表的读数等均会带来偶然误差 注意事项 1 螺旋测微器的使用 1 测量前应校对零点 使测砧a与测微螺杆p并拢 观察可动刻度零刻线与固定刻度的轴向线是否重合 以及可动刻度的边缘与固定刻度的零刻线是否重合 2 测量时 当测微螺杆p将要接触被测物体时 要停止使用旋钮k 改用微调旋钮k 当听到 咔 咔 声时 停止转动 以避免p和被测物体间产生过大的压力 3 螺旋测微器应估读一位 即以mm作单位 读到小数点后面第三位 2 测定金属的电阻率 1 测量被测金属导线的有效长度 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 2 闭合开关s之前 一定要使滑动变阻器的滑片处在有效阻值最大的位置 3 电流不宜太大 电流表用0 0 6a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 热点一实验仪器的读数 典例1 某同学利用螺旋测微器测量一金属板的厚度 该螺旋测微器校零时的示数如图甲所示 测量金属板厚度时的示数如图乙所示 图甲所示读数为 mm 图乙所示读数为 mm 所测金属板的厚度为 mm 导学号04450179 规范解答 依据螺旋测微器读数的基本原理 0 5毫米以上的值在主尺上读出 而在螺旋尺上要估读到千分之一毫米 则图甲读数为0 010mm 图乙读数为6 870mm 故金属板的厚度d 6 870mm 0 010mm 6 860mm 答案 0 010 0 009或0 011也对 6 870 6 869或6 871也对 6 860 6 858 6 862 强化训练 1 用20分度的游标卡尺测量某工件的内径时 示数如图甲所示 由图可知其长度为 cm 用螺旋测微器测量某圆柱体的直径时 示数如图乙所示 由图可知其直径为 mm 解析 游标卡尺读数50mm 0 05 3mm 50 15mm 5 015cm 螺旋测微器读数4 5mm 0 01 20 0mm 4 700mm 答案 5 0154 700 2 电流表量程一般有两种 0 0 6a 0 3a 电压表量程一般有两种 0 3v 0 15v 如图所示 1 接0 3v量程时读数为 v 2 接0 15v量程时读数为 v 3 接0 3a量程时读数为 a 4 接0 0 6a量程时读数为 a 解析 1 电压表接0 3v量程时 指针指到1 9v附近 还不到1 9 故读数为1 88v 2 电压表接0 15v量程时 指针指到9 5v附近 不到9 5 故读数为9 4v 3 电流表接0 3a量程时 指针指到0 8a处 故读数为0 80a 4 电流表接0 0 6a量程时 指针指到0 16a处 故读数为0 16a 答案 1 1 88 2 9 4 3 0 80 4 0 16 反思归纳 关于电流表和电压表的读数 1 若刻度盘上每一小格为 1 0 1 0 001 时 需估读到最小刻度值的下一位 2 若刻度盘上每一小格为 0 2 0 02 0 5 0 05 时 只需估读到最小刻度值的位数 热点二图象法处理实验数据和实物连接 典例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 导学号04450180 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 a 所示 其读数应为 mm 该值接近多次测量的平均值 a 2 用伏安法测金属丝的电阻rx 实验所用器材为 电池组 电动势3v 内阻约1 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 记录数据如表所示 由以上实验数据可知 他们测量rx是采用图 b 中的 选填 甲 或 乙 图 3 图 c 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 电压表或电流表不致被烧坏 4 这个小组的同学在坐标纸上建立u i坐标系 如图 d 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 5 根据以上数据可以估算出金属丝的电阻率约为 填选项前的符号 a 1 10 2 mb 1 10 3 mc 1 10 6 md 1 10 8 m 6 多选 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选项是 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 由电流表和电压表的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 解题指导 利用图象处理实验数据步骤 1 根据原理列表达式 器材不同 所列表达式就不同 2 变形 变成y kx形式的直线方程 3 根据斜率或截距求所求量 通过判断图象是不是直线达到实验目的 规范解答 1 螺旋测微器的读数为0mm 0 01mm 39 7 0 397mm 0 396 0 399mm之间均正确 2 考虑到实验测量数据中电压表示数从0 10v开始 非常小 应考虑使用滑动变阻器分压式接法 故采用的是图甲的电路设计方案 3 连图时注意滑动变阻器的分压式接法 注意电流表和电压表的正 负极 4 将第2 4 6次测量数据的坐标点标出来后 画出一条直线 舍去第6次实验数据点 让直线过坐标原点 计算出图线斜率为4 5 4 3 4 7之间均正确 即为金属丝的阻值 5 根据电阻定律rx 代入数据计算得到电阻率 1 10 6 m c对 6 由于读数引起的误差属于偶然误差 a错 电流表和电压表的内阻引起的误差属于系统误差 b错 由于该实验原理未考虑电表内阻造成的误差 因此将电流表和电压表的内阻计算在内 可以消除由于测量仪表引起的系统误差 c对 通过u i图象处理数据时已经直观地舍去了第6次实验数据 且多次测量后画直线的目的就是取平均值 因此用u i图象处理数据更好地减小了偶然误差 d对 答案 1 0 397 0 396 0 399均可 2 甲 3 如图所示 4 如图所示4 5 4 3 4 7均可 5 c 6 c d 强化训练 1 要测定一个未知电阻rx 实验室提供以下器材 待测电阻rx 阻值约为2 额定电流为2a电流表a1量程为0 6a 内阻r1 0 5 电流表a2量程为3 0a 内阻r2约为0 1 变阻器r1 电阻变化范围为0 10 变阻器r2 电阻变化范围为0 1k 定值电阻r3 10 定值电阻r4 100 电源电动势e约为9v 内阻很小开关s 导线若干 要求实验时测量尽可能准确 改变滑动变阻器的阻值 在尽可能大的范围内测得多组a1 a2的读数i1 i2 然后利用i1 i2图象求出未知电阻的阻值rx 1 实验中定值电阻应该选 滑动变阻器应选择 2 请在图甲中补充完整实物连线电路 3 i1 i2图象如图乙所示 若图线斜率为k 则电阻rx 用题中所给字母表示 解析 1 电流表a1与定值电阻串联作为电压表使用 可串联定值电阻r3 10 改装成量程为6 3v的电压表 根据实验要求 滑动变阻器应采用分压接法 故选择滑动变阻器阻值变化范围小的r1 2 由于待测电阻较小 应采用电流表外接法 3 待测电阻两端电压u i1 r1 r3 待测电阻中电流i i2 i1 由欧姆定律得rx 联立解得i1 对比题目中给的i1 i2图象 i1 i2图象的斜率大小k 解得 答案 1 r3r1 2 如图所示 3 2 2018 福州模拟 国标 gb t 规定自来水在15 时电阻率应大于13 m 某同学利用图甲电路测量15 自来水的电阻率 其中内径均匀的圆柱形玻璃管侧壁连接一细管 细管上加有阀门k以控制管内自来水的水量 玻璃管两端接有导电活塞 活塞电阻可忽略 右活塞固定 左活塞可自由移动 实验器材还有 电源 电动势约为3v 内阻可忽略 电压表v1 量程为0 3v 内阻很大 电压表v2 量程为0 3v 内阻很大 定值电阻r1 阻值4k 定值电阻r2 阻值2k 电阻箱r 最大阻值9999 单刀双掷开关s 导线若干 游标卡尺 刻度尺 实验步骤如下 a 用游标卡尺测量玻璃管的内径d b 向玻璃管内注满自来水 并用刻度尺测量水柱长度l c 把s拨到1位置 记录电压表v1示数 d 把s拨到2位置 调整电阻箱阻值 使电压表v2示数与电压表v1示数相同 记录电阻箱的阻值r e 改变玻璃管内水柱长度 重复实验步骤c d 记录每一次水柱长度l和电阻箱阻值r f 断开s 整理好器材 1 测玻璃管内径d时游标卡尺示数如图乙 则d mm 2 玻璃管内水柱的电阻rx的表达式为rx 用r1 r2 r表示 3 利用记录的多组水柱长度l和对应的电阻箱阻值r的数据 绘制出如图丙所示的r 关系图象 自来水的电阻率 m 保留两位有效数字 4 本实验中若电压表v1内阻不是很大 则自来水的电阻率测量结果将 选填 偏大 不变 或 偏小 解析 1 由图可知 游标尺上零刻度与主尺刻度线对齐 则读数为30 00mm 2 由题意得 故rx 3 rx 故r 根据图中的斜率代入数据可得 14 m 4 若电压表v1内阻不是很大 则电压表和电阻r1并联后阻值偏小 实验过程中还是代入r1的数据 故数据代入偏大 则电阻率测量结果也偏大 答案 1 30 00 2 3 14 4 偏大 热点三实验拓展与创新 典例3 2016 全国卷 某同学利用图甲所示电路测量量程为2 5v的电压表的内阻 内阻为数千欧姆 可供选择的器材有 电阻箱r 最大阻值99999 9 滑动变阻器r1 最大阻值50 滑动变阻器r2 最大阻值5k 直流电源e 电动势3v 开关1个 导线若干 实验步骤如下 按电路原理图甲连接线路 将电阻箱阻值调节为0 将滑动变阻器的滑片移到与图甲中最左端所对应的位置 闭合开关s 调节滑动变阻器 使电压表满偏 保持滑动变阻器的滑片位置不变 调节电阻箱阻值 使电压表的示数为2 00v 记下电阻箱的阻值 回答下列问题 导学号04450181 1 实验中应选择滑动变阻器 选填 r1 或 r2 2 根据图甲所示电路将图乙中实物图连线 3 实验步骤 中记录的电阻箱阻值为630 0 若认为调节电阻箱时滑动变阻器上的分压不变 计算可得电压表的内阻为 结果保留到个位 4 如果此电压表是由一个表头和电阻串联构成的 可推断该表头的满刻度电流为 填正确答案标号 a 100 ab 250 ac 500 ad 1ma 创新方向分析 1 测量对象的变迁 电阻测量对象由定值电阻变为电表内阻 2 实验原理的变迁 由伏安法变为半偏法 规范解答 1 由于电压表的总电阻较大 根据并联电路电压分配特点 只有当滑动变阻器电阻较小时 调节变阻箱电阻 才能近似认为接入滑动变阻器的并联支路总电压不变化 即滑动变阻器应选阻值小的 即选r1 2 实物图连线如图所示 3 近似认为电压表所在电路的总电压不变 根据串联电路中分压规律 则rv 4r 2520 4 由欧姆定律可知 i满 1ma 故选d 答案 1 r1 2 见解析图 3 2520 4 d 反思归纳 测量电阻的其他方法1 替代法测电阻如图所示 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 使电流表的示数仍为i 则电阻箱的读数即等于待测电阻的阻值 2 比较法 含电桥法 测电阻如图所示 读得电阻箱r1的阻值及的示数i1 i2 可得rx 如果考虑电流表内阻的影响 则i1 rx ra1 i2 r1 ra2 3 半偏法测电流表内阻电路图如图所示实验步骤 1 断开s2 闭合s1 调节r0 使的示数满偏为ig 2 保持r0不变 闭合s2 调节电阻箱r 使的示数为 3 由上可得ra r 4 半偏法测电压表内阻 1 开关s1 s2均断开的情况下 先将r0的滑片p调至a端 然后闭合s1 s2 调节r0 使电压表指针偏转到满刻度 2 断开开关s2 调节r的阻值 使电压表指针偏转到满刻度的一半 此时电阻箱r接入电路中的阻值为被测电压表的内阻测量值 强化训练 常见测电阻的方法有 伏安法 伏阻法 安阻法 替代