高考物理一轮复习 第八章 恒定电流 第3讲 实验七 测定金属的电阻率课件.ppt

第3讲实验七 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 二 实验原理 1 伏安法测电阻 1 电流表的内接法和外接法的比较 2 两种电路的选择 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 临界值计算法 实验试探法 按图所示接好电路 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 2 分压法和限流法 1 滑动变阻器两种接法的对比 2 分压和限流电路的选择原则 若采用限流式接法不能控制电流满足实验要求 即若滑动变阻器阻值调到最大时 待测电阻上的电流 或电压 仍超过电流表 或电压表 的量程 或超过待测电阻的额定电流 或电压 此时必须选用分压式接法 若待测电阻的阻值比滑动变阻器总电阻大得多 以致在限流电路中 滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端时 待测电阻上的电流或电压变化范围不够大 此时应用分压式接法 三 实验器材被测金属丝 毫米刻度尺 螺旋测微器 或游标卡尺 电压表 电流表 直流电源 开关 滑动变阻器 导线等 1 螺旋测微器 1 构造 如图所示 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 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 0mm 半毫米刻度线未露出 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 如图所示 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 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 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 x k 精确度 mm 四 实验步骤1 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 2 依照电路图 如图 用导线将器材连好 将滑动变阻器的阻值调至最大 3 用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属导线的长度 即有效长度 重复测量3次 求出其平均值l 4 电路经检查确认无误后 闭合开关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 记入表格内 断开开关s 求出导线电阻r的平均值 5 将测得的r l d值代入电阻率计算公式 计算出金属导线的电阻率 6 拆去实验线路 整理好实验器材 五 数据处理求r的平均值可用两种方法 第一种是用算出各次的测量值 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 六 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 所以r测 r真 由知 测 真 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 七 注意事项1 本实验中被测金属导线的电阻值较小 因此实验电路必须用电流表外接法 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 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部分待测导线长度 测量时应将金属导线拉直 4 测金属丝直径一定要选三个不同部位进行测量 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 八 实验创新测量电阻的五种方法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 3 由上可得ra r 5 等效替代法如图所示 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 使电流表的读数仍为i 则电阻箱的读数即等于待测电阻的阻值 考点二 考点一 考点三 考点四 游标卡尺和螺旋测微器的读数典例1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a和b所示 1 由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 考点二 考点一 考点三 考点四 考点二 考点一 考点三 考点四 名师点睛 游标卡尺的读数方法 1 第一看 精确度例如 如图所示 易错读成11mm 4 0 1mm 11 40mm 正确的应为11 4mm 游标卡尺不需估读 后面不能随意加零 也不能随意去零 例如 如图所示 易错读成10mm 14 0 05mm 10 7mm 正确的应为10 70mm 考点二 考点一 考点三 考点四 2 第二看 游标尺上的0刻度线位置 区分零刻度与标尺最前端 例如 如图所示 易错读成11mm 10 0 05mm 11 50mm 正确读数为14mm 10 0 05mm 14 50mm 3 第三看 游标尺的哪条 第1条记为0 刻度线与主尺上的刻度线对齐 考点二 考点一 考点三 考点四 2015 海南高考 某同学利用游标卡尺和螺旋测微器分别测量一圆柱体工件的直径和高度 测量结果如图 a 和 b 所示 该工件的直径为1 220cm 高度为6 860mm 解析 20分度游标卡尺的精度为0 05mm 主尺读数为12mm 游标尺读数为4 0 05mm 0 20mm 游标卡尺的读数为12 20mm 1 220cm 螺旋测微器读数 固定刻度读数 可动刻度读数 6 5mm 36 0 0 01mm 6 860mm 考点二 考点一 考点三 考点四 实验原理与实验操作典例2小明对2b铅笔芯的导电性能感兴趣 于是用伏安法测量其电阻值 1 图1是部分连接好的实物电路图 请用电流表外接法完成接线并在图1中画出 图1图2 2 小明用电流表内接法和外接法分别测量了一段2b铅笔芯的伏安特性 并将得到的电流 电压数据描到u i图上 如图2所示 在图中 由电流表外接法得到的数据点是用 填 或 表示的 3 请你选择一组数据点 在图2上用作图法作图 并求出这段铅笔芯的电阻为 考点二 考点一 考点三 考点四 解题思路 1 由于电源电压小于3v 所以电压表的量程选0 3v 又根据题意 电流表外接 所以电压表直接接在铅笔芯的两个接线柱上 注意电压表正负极的连接 2 由于电流表外接时 电阻的测量值偏小 所以 由电流表外接法得到的数据点是用 表示的 3 选择 连线 或者 连线作出u i图线 求出斜率 即为铅笔芯的电阻的测量值 参考答案 1 如图1所示 2 3 如图2所示用 连线r 1 1 1 3 用 连线r 1 5 1 7 图1 图2 考点二 考点一 考点三 考点四 名师点睛 实物图连线的技巧 1 总的原则 先串后并 接线到柱 注意量程和正负 2 对限流电路 从电源正极开始 把电源 开关 滑动变阻器 伏安法 部分依次串联起来即可 滑动变阻器应调到阻值最大处 3 对分压电路 应该先把电源 开关和滑动变阻器的全部电阻丝三部分用导线连接起来 然后在滑动变阻器电阻丝两端之中任选一个接头 比较该接头和滑动头的电势高低 根据 伏安法 部分电表正负接线柱的情况 将 伏安法 部分接入该两点间 注意滑动变阻器应调到使 伏安法 部分所接两点间阻值最小处 考点二 考点一 考点三 考点四 2015 广东华附 省实 广雅 深中四校联考 小华所在的实验小组设计了一个监测河水电阻率的实验 他在一根均匀的长玻璃管两端装上两个橡胶塞和铂电极 如图 a 所示 两电极相距l 其间充满待测的河水 安装前他用如图 b 的游标卡尺 图为卡尺的背面 测量玻璃管的内径 结果如图 c 所示 他还选用了以下仪器 量程15v 内阻约为300k 的电压表 量程3ma 内阻为2k 的电流表 最大阻值约为50 的滑动变阻器 电动势e约为12v 内阻r约为2 的电池组 开关以及导线若干 图 d 坐标中包括坐标为 0 0 的点在内的9个点表示他测得的9组电流i 电压u的值 实验中要求尽可能准确地测出该河水的电阻 考点二 考点一 考点三 考点四 考点二 考点一 考点三 考点四 根据以上材料完成以下问题 1 测量玻璃管内径时 应将图 b 中的游标尺中的a 填 a b 或 c 与玻璃管内壁接触 2 玻璃管的内径d 6 70mm 3 在图 d 中作出该电阻的u i图线 并可求得该段水的电阻r 8 0k 要求保留两位有效数字 若已知r d l 则该段水的电阻率 用符号表示 答案 如图所示 考点二 考点一 考点三 考点四 4 图 e 中的仪器实物部分已连线 将其他部分连接成能测出图 d 数据的实物电路图 答案 如图所示 5 开关闭合前滑动变阻器的滑片应先滑到a端 填 a 或 b 考点二 考点一 考点三 考点四 考点一 考点三 考点二 考点四 数据处理与误差分析典例3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所示 其读数应为mm 该值接近多次测量的平均值 考点一 考点三 考点二 考点四 2 用伏安法测金属丝的电阻rx 实验所用器材有电池组 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 记录数据如下 由以上实验数据可知 他们测量rx是采用图中的图 选填 甲 或 乙 考点一 考点三 考点二 考点四 3 如图是测量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 补充完成连线 并使闭合开关的瞬间 电压表或电流表不至于被烧坏 考点一 考点三 考点二 考点四 4 这个小组的同学在坐标纸上建立u i坐标系 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 考点一 考点三 考点二 考点四 5 根据以上数据可以估算出金属丝电阻率约为 a 1 10 2 mb 1 10 3 mc 1 10 6 md 1 10 8 m 6 任何实验测量都存在误差 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 考点一 考点三 考点二 考点四 考点一 考点三 考点二 考点四 考点一 考点三 考点二 考点四 参考答案 1 0 397 0 395 0 399均可 2 甲 3 如图 a 4 如图 b 4 5 4 3 4 7均可 5 c 6 cd 考点三 考点二 考点四 名师点睛 偶然误差与系统误差的关系 1 偶然误差 由于各种偶然因素对实验者 测量仪器 被测物理量的影响而产生的 通过多次测量求平均值 或采用图象法处理数据 可减小偶然误差 2 系统误差 由于仪器本身不精密 实验方法粗略或实验原理不完善而产生的 通过校准仪器或改进实验方法和实验设计原理可减小系统误差 考点一 考点三 考点二 考点四 考点一 某同学通过实验测量一种合金的电阻率 1 用螺旋测微器测量合金丝的直径 为防止读数时测微螺杆发生转动 读数前应先旋紧图甲所示的部件b 填 a b c 或 d 从图中的示数可读出合金丝的直径为0 410mm 2 图甲所示是测量合金丝电阻的电路 相关器材的规格已在图中标出 合上开关 将滑动变阻器的滑片移到最左端的过程中 发现电压表和电流表的指针只在图示位置发生很小的变化 由此可以推断 电路中7 9 选填图中表示接线柱的数字 之间出现了断路 选填 短路 或 断路 甲乙 考点三 考点二 考点四 考点一 3 在电路故障被排除后 调节滑动变阻器 读出电压表和电流表的示数分别为2 23v和38ma 由此 该同学算出接入电路部分的合金丝的阻值为58 7 为了更准确地测出合金丝的阻值 在不更换实验器材的条件下 对实验应作怎样的改进 请写出两条建议 答 电流表改成内接 测量多组电流和电压值 计算出电阻的平均值 或者测量多组电流与电压值 用图像法求电阻值 解析 1 在读数前应该旋紧止动旋钮b防止螺杆移动 根据螺旋测微器的读数方法 该读数为0 410mm 2 根据题意 此时电路中合金丝这一支路发生断路 所以可能是7 8之间或者8 9之间断路 3 由于该同学只测量一组数据计算合金丝的电阻 偶然误差较大 同时 由于合金的阻值约为58 7 电压表的内阻为3k 电流表的内阻为0 3 电流表应该选择内接法 考点一 考点二 考点四 考点三 同类实验拓展与创新典例4某同学测量一个圆柱体的电阻率 需要测量圆柱体的尺寸和电阻 1 分别使用游标卡尺和螺旋测微器测量圆柱体的长度和直径 某次测量的示数如图 a 和图 b 所示 长度为cm 直径为mm 2 按图 c 连接电路后 实验操作如下 将滑动变阻器r1的阻值置于最处 填 大 或 小 将s2拨向接点1 闭合s1 调节r1 使电流表示数为i0 将电阻箱r2的阻值调至最 填 大 或 小 将s2拨向接点2 保持r1不变 调节r2 使电流表示数仍为i0 此时r2阻值为1280 3 由此可知 圆柱体的电阻为 考点一 考点二 考点四 考点三 解题思路 1 游标卡尺的读数步骤如下 首先确定游标卡尺的精度为10分度 即为0 1mm 然后以毫米为单位从主尺上读出整毫米数50mm 再从游标尺上找出对齐的一根刻线 精度 格数 0 1mm 1 0 1mm 最后两者相加 根据题目单位要求换算为需要的数据 50mm 0 1mm 50 1mm 5 01cm 螺旋测微器的读数步骤如下 首先从主尺读出毫米数为5 000mm 然后确定可动刻度与主尺对齐个数为31 5 格 读数为0 315mm 则螺旋测微器读数为5 000mm 0 315mm 5 315mm 2 为保护电路每次实验前均应调节r1至最大值 3 两次实验电流表读数一致 则两电阻相等 未知电阻阻值为1280 参考答案 1 5 015 315 2 大 大 3 1280 名师点睛 等效替代法测电阻实际上就是利用了闭合电路的欧姆定律 对一个电源组成的闭合回路来说 电源电动势和内阻一定 只要电流相等 则电路的总电阻就相等 考点一 考点二 考点四 考点三 图 a 是测量电阻rx的原理图 学生电源输出电压可调 电流表量程选0 6a 内阻不计 标有长度刻度的均匀电阻丝ab的总长为30 0cm 考点一 考点二 考点四 考点三 考点一 考点二 考点四 考点三 1 根据原理图连接图 b 的实物图 答案 如图所示 考点一 考点二 考点四 考点三 2 断开s2 合上s1 调节电源输出电压为3 0v时 单位长度电阻丝的电压u 0 1v cm 记录此时电流表a1的示数 3 保持s1闭合 合上s2 滑动