高三物理一轮复习 实验7 测定金属的电阻率课件.ppt

第七章恒定电流 实验七测定金属的电阻率 记一记 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 4 会用伏安法测电阻解决多种情况下电阻的测量方法 2 长度的测量 1 螺旋测微器的读数原理 螺旋测微器内部测微螺杆的螺距是0 5mm 则圆周上的点转一周 螺杆前进或后退0 5mm 将大圆周分成50等份 则圆圈上的点转过一等份 螺杆前进或后退0 01mm 固定刻度的最小分度对应螺距 即0 5mm 活动刻度的最小分度对应螺距的1 50 即0 01mm 读数方法 先从固定刻度上读出整毫米的部分 不足半毫米的部分由可动刻度读出 即看可动刻度上的第几条刻度线与固定刻度线上的横线重合 从而读出可动刻度示数 注意估读 即有 测量长度 固定刻度示数 可动刻度示数 精确度 注意单位为mm 如图所示 固定刻度示数2 0mm 不足半毫米部分从可动刻度上读的示数为16 1格 最后的读数为 2 0mm 16 1mm 0 01mm 2 161mm 2 游标卡尺 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 尺身上还有一个紧固螺钉 如图所示 用途 测量厚度 长度 深度 内径 外径 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 见下表 读数 读数等于主尺上的整毫米数 指游标尺 0 刻度线之前的整数部分 加上游标格子数 从游标尺上读出与主尺上某一刻度对齐的游标的格数 准确度 主尺上的整毫米数应为游标尺 0 刻线之前的整数部分 切勿读成游标尺左棱之前的整数部分 3 伏安法测电阻 1 电流表的内接法和外接法的比较 试触法若不知rx的大约阻值 可采用 试触法 将电路如图所示连接 空出电压表的一个接头s 然后将s分别与a b接触一下 观察两表示数变化情况 三 实验器材被测金属丝 米尺 螺旋测微器 电压表 电流表 直流电源 电键 滑动变阻器 导线若干 四 实验步骤1 用螺旋测微器在被测金属丝上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 按上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 用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属导线的有效长度 反复测量3次 求出其平均值l 五 注意事项1 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 亦即电压表并入的待测导线长度 测量时应将导线拉直 为了准确 应在金属丝连入电路前测其直径并求平均值 应测量拉直悬空的连入电路的金属丝的有效长度 且测三次 取平均值 3 实验连线时 应先从电源的正极出发 依次将电源 电键 电流表 待测金属导线 滑动变阻器连成主干线路 闭合电路 然后再把电压表并联在待测金属导线的两端 4 闭合电键s之前 一定要使滑动变阻器的滑动片处在有效电阻值最大的位置 5 在用伏安法测电阻时 通过待测导线的电流i的值不宜过大 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 为准确求出r平均值 应采用u i图像法求电阻 6 对螺旋测微器读数时 毫米的整数部分由固定刻度读出 并且注意半毫米刻度线是否露出 思一思 1 如何选择电流表内 外接 3 实验试探法 如图接好电路 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 设计性实验的原则是什么 提示 1 安全性 安全性是指每个电路元件上的电流 电压 电功率不超过电路元件的额定值 如电源的最大输出电流不超过电源允许输出的最大电流 电压表两端所加的最大电压不超过电压表的量程等 2 可行性 可行性是指在实验条件和所给的电路元件范围内选择满足实验要求的器材 使实验原理更完善 实验过程尽可能简便 误差尽可能小 结果尽可能准确 使其实验达到预期的实验目的 3 精确性 精确性是指引起的误差小 使用电流表和电压表时指针应尽量指在最大刻度的一半以上 在测量金属导体电阻时为减小温度对电阻的影响 通过电阻丝的电流不宜过大 通电时间不宜过长 用万用表测电阻时使指针指向刻度盘的中央附近 测电阻时外接 内接法的选择 电流表 电压表内阻大小的考虑 4 方便性 方便性是指操作简单 读数准确 所需电路元件少 数据处理简单 耗能少等因素 考向一仪器 仪表的使用及读数典例1 1 如图1所示的三把游标卡尺 它们的游标尺的刻度从上至下分别为9mm长10等分 19mm长20等分 49mm长50等分 它们的读数依次为 mm mm mm 2 使用螺旋测微器测量金属丝的直径 示数如图2所示 则金属丝的直径是 mm 3 图3所示的电表使用0 6a量程时 对应刻度盘上每一小格代表 a 图中表针示数是 a 当使用3a量程时 对应刻度盘上每一小格代表 a 图中表针示数为 a 图4所示的电表使用较小量程时 每小格表示 v 图中表针的示数为 v 若使用的是较大量程 则这时表盘刻度每小格表示 v 图中表针示数为 v 4 旋钮式电阻箱如图5所示 电流从接线柱a流入 从b流出 则接入电路的电阻为 今欲将接入电路的电阻改为2087 最简单的操作方法是 若用两个这样的电阻箱 则可得到的电阻值范围为 解析 1 最上面图读数 整毫米数是17 不足1毫米数是7 0 1mm 0 7mm 最后结果是17mm 0 7mm 17 7mm 中间图读数 整毫米数是23 不足1毫米数是17 0 05mm 0 85mm 最后结果是23mm 0 85mm 23 85mm 最下面图读数 整毫米数是3 不足1毫米数是9 0 02mm 0 18mm 最后结果是3mm 0 18mm 3 18mm 2 固定刻度示数为2 0mm 不足半毫米的从可动刻度上读 其示数为15 0 最后的读数 2 0mm 15 0 0 01mm 2 150mm 3 电流表使用0 6a量程时 刻度盘上的每一小格表示0 02a 表针示数为0 44a 当使用3a量程时 每一小格表示0 1a 表针示数为2 20a 电压表使用3v量程时 每小格表示0 1v 表针示数为1 70v 使用15v量程时 每小格表示0 5v 表针示数为8 5v 4 电阻为1987 最简单的操作方法是将 1k 旋钮调到2 再将 100 旋钮调到0 每个电阻箱的最大阻值是9999 用这样的两个电阻箱串联可得到的最大电阻是2 9999 19998 故用两个这样的电阻箱 可得到的电阻值范围为0 19998 答案 1 17 723 853 18 2 2 150 3 0 020 440 12 20 0 11 700 58 5 4 1987将 1k 旋钮调到2 再将 100 旋钮调到00 19998 名师点睛 游标卡尺的读数应注意以下几点 1 看清精确度例如 如图 例如 如图 2 主尺上的单位为厘米主尺上标识的1 2 3等数字通常是指厘米 读数时应将毫米和厘米分清 游标卡尺主尺上的最小刻度是1mm 例如 如图 3 区分零刻度与标尺最前端例如 如图 考向二实验操作与数据处理典例2为测量某一玩具电动机中导线圈导线的电阻率 某实验小组的部分实验方案如下 1 用螺旋测微器测得与导线圈导线同种规格的导线的直径d如图1所示 则d mm 2 用多用电表测量电动机中导线圈的电阻rx 选择 1 欧姆挡 并按正确步骤操作后 指针的位置如图2所示 此过程电动机不转动 则rx 3 为了提高精度 他又用以下仪器再次测量导线圈的电阻rx 电流表a1 0 3a 约5 滑动变阻器r1 0 1k 电流表a2 0 30ma 约10 滑动变阻器r2 0 50 定值电阻r0 60 电源 4v 约1 及开关等 导线若干 实验小组为使测量过程中电动机不转动而采用了如图3所示的电路图 应选择的电流表是 滑动变阻器是 填写符号 按照实验要求 多用电表已选择 直流电压2 5v 挡作为电压表使用 请依据图3将图4所示的实验电路中的实物图用笔画线代替导线将欠缺的两处补完整 由于电流表a2的电阻较大 为减小实验误差 应采用电流表外接法 为有效地控制电路中的电压和电流 应采用滑动变阻器分压电路 所以电路图连接如图所示 考向三实验仪器的选取与电路的考查典例3 2014 山东理综 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 再利用图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 可供使用的器材有 电流表 量程0 6a 内阻约0 2 电压表 量程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 在实物图中 已正确连接了部分导线 请根据图甲电路完成剩余部分的连接 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 导线实际长度为 m 保留2位有效数字 尝试解题 名师点睛 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 实际处理过程中 需要估算回路中的最大电流 一般按滑动变阻器采用限流接法进行估算 如 用伏安法作出标有 6v 0 6w 字样的小灯泡的u i图像 而实际加在小灯泡两端的电压不能超过6v 考向四创新实验设计典例4 2013 广东高考 如图 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 1 根据原理图连接图 b 的实物图 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 v cm 记录此时电流表a1的示数 3 保持s1闭合 合上s2 滑动c点改变ac的长度l 同时调节电源输出电压 使电流表a1的示数与步骤 2 记录的值相同 记录长度l和a2的示数i 测量6组l和i值 测量数据已在图 c 中标出 写出rx与l i u的关系式rx 根据图 c 用作图法算出rx 尝试解题 高考命题常涉及的几种创新角度 一 本题创新点分析1 源于教材 本例同样是运用电阻率公式 测出金属的电阻 长度以及直径 横截面积 来进一步确定金属材料的电阻率 都使用了螺旋测微器测量金属的直径 2 高于教材 本实验与教材原实验有所不同 主要体现在以下几个方面 原实验测量的是金属丝的电阻率而本实验测量的是圆柱体金属的电阻率 原实验在测量金属长度时使用直尺 而本实验使用游标卡尺 这样一起考查了游标卡尺的读数问题 原实验在测量金属电阻时使用的电路原理是伏安法 而本实验题运用了等效替代的方法 考查了等效替代法的实验原理 操作方法及注意事项等 二 本实验还可以从以下方面进行改进创新 一 数据处理1 如果要测圆桶形薄片的电阻率 实验应如何改进 提示 要测量圆桶形薄片的电阻率 可将圆桶展开 相当于测量薄的长方体的电阻率 2 要想测量液体的电阻率 则该实验如何操作 提示 要测量液体的电阻率 可将液体装入长方体或圆柱体的容器 进行测量 二 实验原理的创新本实验还可以用什么方法测量金属的电阻值 提示 测量电阻时还可以使用半偏法 多用电表直接测量 电桥法 双电流表法 双电压表法等 三 实验器材的创新如果没有螺旋测微器而只给直尺 应如何测量电阻丝的直径 提示 可将电阻丝紧密的缠绕在圆柱形铅笔上30 50匝 测量总长度 然后求出直径 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 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 4 比较法测电阻 特别提醒 当r0 ra时 测量误差小 此方法比较适合测小阻值的电流表的内阻 且测量值偏小 电源电动势应选大些的 这样a表满偏时r0才足够大 闭合s2时总电流变化才足够小 误差才小 6 等效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 例 2012 广东高考 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 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 a 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 b 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 尝试解题 解析 1 游标卡尺的精度为0 1mm 所以l 50 1 0 1 mm 5 01cm 螺旋测微器的读数为d 5 31 5 0 01 mm 5 315mm 2 a 为了保护电流表 在接通电路之前 要使电路中的总电阻尽可能大 然后慢慢减小电路中的电阻 b 为使电路电流较小 使电流表示数逐渐变大 电阻箱阻值也应先调至最大 3 将s1闭合 s2拨向接点1时 其等效电路图如图甲所示 迁移训练 2014 山东烟台期末 实验室中现有如下器材 电池e 电动势6v 电流表a 量程0 6a 电压表v1 量程3v 内阻未知 电压表v2 量程3v 内阻10k 滑动变阻器r1 最大阻值约20 滑动变阻器r2 最大阻值10 开关s和导线若干 某同学设计了一个同时测定滑动变阻器r1最大阻值和电压表v1内阻的实验电路 如图所示 若某次实验中电流表的示数用i表示 电压表v1 v2的示数分别用u1 u2表示 电压表v2的内阻用r2表示 则r1的最大阻值r1m 电压表v1的内阻r1 名校模题 1 2015 泰安高三模拟 在 测定金属的电阻率 的实验中 以下操作错误的是 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 解析 实验中应测量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 电压表对它的分流作用很小 应采用电流表外接法 故a c操作错误 答案 ac 2 2015 合肥高三质检 现要测量一待测电阻的阻值 所用器材如下 标准电流表a1 量程250ma 内阻r1 5 电流表a2 量程300ma 内阻r2约为5 待测电阻r1 阻值约为100 滑动变阻器r2 最大阻值10 电源e 电动势约为6v 内阻r约为1 单刀单掷开关 导线若干 要求方法简捷 并能测量多组数据 画出实验电路原理图 并标明每个器材的代号 解析 由于a1的内阻已知 可将其当作电压表来用 又给了另一个电流表a2 可把两电流表示数之差当作通过r1的电流 利用欧姆定律测r1的阻值 题目要求测多组数据 滑动变阻器应接成分压式 实验电路图如图所示 3 2015 福建龙岩3月质检 某同学通过实验测定一根粗细均匀 阻值约为5 合金丝电阻率的实验 用螺旋测微器测定合金丝直径的结果如图所示 合金丝的直径为 mm 现有如下器材 a 输出电压可调的学生电源 2v 4v 6v内阻可不计 b 电流表 0 0 6a 内阻约0 2 c 电压表 0 3v 内阻约3k d 待测电阻rxe 保护电阻r0 5 f 滑动变阻器 0 5 额定电流2a g 滑动变阻器 0 20 额定电流1a h 开关和导线若干为了减小测量误差 本实验应选用图中两种电路图中的 填相应的电路图下的字母a或b 为了提高测量准确度 获取多组数据 因此电源电压应选用 v 滑动变阻器应选用 选填器材前的字母 0 548 0 552 b 6 g 解析 被测电阻为小电阻 电流表应选用外接法 电路图选b 电流表为0 6a 被测电阻为5 保护电阻为5 因此电路电源应选6v 为了多测几组数据 滑动变阻器选g 答案 1 b 2 4 2015 江苏梅村高级中学模拟 1 某实验小组在 测定金属电阻率 的实验过程中 正确操作获得金属丝的直径以及电流表 电压表的示数如图所示 则它们的读数依次是 mm a v 2 已知实验中所用的滑动变阻器阻值范围为0 10 电流表内阻约几欧 电压表内阻约20k 电源为干电池 不宜在长时间 大功率状态下使用 电源电动势e 4 5v 内阻较小 则下边电路图中 电路为本次实验应当采用的最佳电路 但用此最佳电路测量的金属丝电阻仍然会比真实值偏 填 大 或 小 3 若已知实验所用的电流表内阻的准确