高考物理一轮复习 第八章 恒定电流 第3讲 实验 测定金属的电阻率（同时练习使用螺旋测微器）课件.ppt

课标版物理 第3讲实验 测定金属的电阻率 同时练习使用螺旋测微器 一 螺旋测微器 1 原理 测微螺杆与固定刻度之间的精密螺纹的螺距为0 5mm 即旋钮每旋转一周 测微螺杆前进或后退0 5mm 而可动刻度上的刻度为50等份 每转动一小格 测微螺杆前进或后退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 2 读数 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 原理 利用主尺的分度值与游标尺的分度值的差值制成 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长度少1mm 2 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的与主尺上某一刻线对齐的游标尺上的格数 则记录结果表达为x k 精确度 三 常用电表的读数对于电压表和电流表的读数问题 首先要弄清电表量程 然后根据表盘总的刻度数确定精确度 按照指针的实际位置进行读数即可 1 0 3v的电压表和0 3a的电流表读数方法相同 此量程下的精确度是0 1v或0 1a 看清楚指针的实际位置 读到小数点后面两位 2 对于0 15v量程的电压表 精确度是0 5v 在读数时只要求读到小数点后面一位 即读到0 1v 3 对于0 0 6a量程的电流表 精确度是0 02a 在读数时只要求读到小数点后面两位 这时要求 半格估读 即读到分度值的一半0 01a 四 电流表的内接法和外接法1 两种接法的比较 2 两种接法的选择 1 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 2 临界值计算法rx时 用电流表内接法 3 实验试探法 按图接好电路 让电压表一根接头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 五 滑动变阻器的限流接法和分压接法1 两种接法的比较 由上表可以看出 滑动变阻器的分压式接法中 电压和电流的调节范围很大 限流式接法较节能 2 两种接法的选择 1 两种接法的一般适用条件a 限流式接法适合测量阻值小的电阻 跟滑动变阻器的总电阻相比相差不多或比滑动变阻器的总电阻还小 b 分压式接法适合测量阻值较大的电阻 一般比滑动变阻器的总电阻要大 2 必须采用分压式接法的三种情况 a 若采用限流式接法不能控制电流 或电压 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 则必须选用分压式接法 b 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 应改用分压电路 c 若实验中要求电压从零开始调节 则必须采用分压式电路 3 两种电路均可使用的情况下 应优先采用限流式接法 因为限流式接法电路简单 耗能低 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 掌握螺旋测微器的使用方法和读数方法 3 学会利用伏安法测电阻 进一步测出金属丝的电阻率 实验原理 根据电阻定律公式知道需测出金属丝的长度l和它的直径d 并计算出横截面积s 并用伏安法测出电阻rx 即可计算出金属丝的电阻率 实验器材 被测金属丝 螺旋测微器 毫米刻度尺 电池组 电流表 电压表 滑动变阻器 开关 导线若干 1 直径测定 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 计算出导线的横截面积s 2 电路连接 按如图所示的原理电路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导线的有效长度 反复测量3次 求出其平均值l 实验步骤 4 u i测量 把滑动变阻器的滑片调节到使其接入电路中的电阻值最大的位置 电路经检查确认无误后 闭合开关s 改变滑动变阻器滑片的位置 读出几组相应的电流表 电压表的示数i和u的值 记入表格内 断开开关s 5 拆去实验线路 整理好实验器材 数据处理 1 在求rx的平均值时可用两种方法 1 用rx 分别算出各次的阻值 再取平均值 2 用u i图线的斜率求出阻值 2 计算电阻率将记录的数据rx l d的值代入电阻率计算式 rx 注意事项 1 本实验中被测金属导线的电阻值较小 因此实验电路一般采用电流表外接法 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 闭合电路 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 4 测金属导线直径一定要选三个不同部位进行测量 求其平均值 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 7 求r的平均值时可用两种方法 第一种是用r u i算出各次的测量值 再取平均值 第二种是用图像 u i图线 来求出 若采用图像法 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 误差分析 1 金属丝的横截面积是利用直径计算而得 直径的测量是产生误差的主要来源之一 2 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 3 金属丝的长度测量 电流表和电压表的读数等会带来偶然误差 4 由于金属丝通电后发热升温 会使金属丝的电阻率变大 造成误差 考点一仪器的读数典例1 2015海南单科 11 6分 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cm 高度为mm 图 a 图 b 答案1 2206 860解析图 a 为20分度的游标卡尺 其精度为0 05mm 主尺读数为12mm 游标尺上第4条刻线与主尺上的一条刻线对齐 故测量结果为12mm 4 0 05mm 12 20mm 1 220cm 螺旋测微器的精度为0 01mm 由图 b 知固定刻度读数为6 5mm 可动刻度读数为 36 0 故工件的高度为6 5mm 36 0 0 01mm 6 860mm 1 1如图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 它们的读数依次为mm mm 答案16 823 85 解析图甲读数 整毫米是16 不足1毫米数是8 0 1mm 0 8mm 最后结果是16mm 0 8mm 16 8mm 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 1 2使用螺旋测微器测量两个金属丝的直径 示数如图所示 则甲 乙金属丝的直径分别为mm mm 答案2 1500 050解析对图甲 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 对图乙 乙金属丝的直径为5 0 0 01mm 0 050mm 1 3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 接0 3v量程时读数为v 接0 15v量程时读数为v 接0 3a量程时读数为a 接0 0 6a量程时读数为a 答案 1 90 9 5 0 82 0 17 考点二器材的选取和电路的设计典例2在测量金属丝电阻率的实验中 可供选用的器材如下 待测金属丝 rx 阻值约4 额定电流约0 5a 电压表 v 量程3v 内阻约3k 电流表 a1 量程0 6a 内阻约0 2 a2 量程3a 内阻约0 05 电源 e1 电动势3v 内阻不计 e2 电动势12v 内阻不计 滑动变阻器 r 最大阻值约20 螺旋测微器 毫米刻度尺 开关s 导线 用螺旋测微器测量金属丝的直径 示数如图所示 读数为mm 若滑动变阻器采用限流接法 为使测量尽量精确 电流表应选 电源应选 均填器材代号 在虚线框内完成电路原理图 答案 1 773 1 771 1 775均正确 a1e1电路图如图所示解析 根据螺旋测微器的读数规则读数 注意半刻度线已经露出 待测金属丝的额定电流约0 5a 用a2时指针偏角太小 造成测量结果不准确 因电压表的量程是3v 用e2时有可能烧坏电压表 因 故用电流表的外接法 2 1 2013安徽理综 21 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所示 校零时的读数为mm 合金丝的直径为mm 2 为了精确测量合金丝的电阻rx 设计出如图1所示的实验电路图 按照该电路图完成图2中的实物电路连接 答案 1 0 0070 638 2 如图所示 解析 1 校零时的读数为0 007mm合金丝的直径 0 5 14 5 0 01 0 007 mm 0 638mm 2 见答案 2 2某同学测量阻值约为25k 的电阻rx 现备有下列器材 a 电流表 量程100 a 内阻约2k b 电流表 量程500 a 内阻约300 c 电压表 量程15v 内阻约100k d 电压表 量程50v 内阻约500k e 直流电源 20v 允许最大电流1a f 滑动变阻器 最大阻值1k 额定功率1w 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 答案bc 电流表应采用内接的方法 滑动变阻器应采用分压式接法 解析最大电流imax a 800 a 故电流表应选b 电源电动势20v 电压表d的量程为50v 测量误差过大 故应选c r0 k k rx 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 为了便于调节和保证电表的安全 滑动变阻器应采用分压式接法 考点三数据处理和误差分析典例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 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 3 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 4 这个小组的同学在坐标纸上建立u i坐标系 如图所示 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 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 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图像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 甲 3 如图 a 所示 4 如图 b 所示 4 3 4 7 5 c 6 cd b a 解析 1 螺旋测微器的读数原则为固定刻度 可动刻度 精度 0 39 7 0 01mm 0 397mm 2 由记录数据知 若采用乙图限流电路 则当u 0 10v i 0 020a时 滑动变阻器须串入的电阻约为145 大于滑动变阻器的最大阻值20 所以实验中滑动变阻器r应采用分压式连接 故他们采用甲图电路 3 实物连接图见答案 连线时要注意 电压表的正 负接线柱不要接反 滑动变阻器中滑片p的位置应使最初rx两端电压为零 4 u i图线见答案 求出图线斜率即rx的阻值 5 r 则 r r 1 0 10 6 m 6 系统误差是实验原理 实验方法不完善 测量工具不精密等因素造成的误差 偶然误差是人为 环境等偶然因素造成的误差 故读数引起的误差属偶然误差 而电表的内阻引起的误差是系统误差 a b选项错误 把电表内阻计算在内 完善了实验方案 可消除这一因素引起的系统误差 c选项正确 用多次测量求平均值的方法 可减小偶然误差 d选项正确 3 1 2014浙江理综 22 10分 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 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 图1 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 答案 1 如图所示 图2 2 3 见解析解析 1 由图知电源采用了两节干电池 则电压表应选用3v量程 见答 案图 2 在内接法中由u i r ra 知其u i图线的斜率k内 r ra r 在外接法中由其u i r即u i知其u i图线的斜率k外 r 可见对应于外接法的图线斜率较小 3 由u ir知u i图线的斜率对应于r的测量值 选择其中一组 或 连线 求出图线的斜率即可 用 连线时r 1 1 1 3 用 连线时r 1 5 1 7 考点四实验改进与创新典例4为了测量一微安表头a的内阻 某同学设计了如图所示的电路 图中 a0是标准电流表 r0和rn分别是滑动变阻器和电阻箱 s和s1分别是单刀双掷开关和单刀开关 e是电池 完成下列实验步骤中的填空 1 将s拨向接点1 接通s1 调节 使待测表头指针偏转到适当位置 记下此时的读数i 2 然后将s拨向接点2 调节 使 记下此时rn的读数 3 多次重复上述过程 计算rn读数的 此即为待测微安表头内阻的测量值 答案 1 r0标准电流表 或a0 2 rn标准电流表 或a0 的读数仍为i 3 平均值解析本题方法为替代法 当s接1与接2时通过电路的电流i相同 可知待测表的内阻与rn的电阻相同 电阻测量的五种方法1 伏安法 电路图特点 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1甲所示 当两电流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 2 如图1乙所示 当两电流表的满偏电压ua2 ua1时 串联一定值电阻r0后 同样可测得的电阻r2 图1 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2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 r1 2 如图2乙所示 两电压表的满偏电流iv1 iv2时 并联一定值电阻r0后 同样可得的内阻r2 图2 4 比较法测电阻如图3所示 读得电阻箱r1的阻值及表 表的示数i1 i2 可得rx 如果考虑电表内阻的影响 则i1 rx ra1 i2 r1 ra2 电路图如图4所示步骤 1 断开s2 闭合s1 调节r0 使表满偏为i0 2 保持r0不变 闭合s2 调节r 使表读数为 5 半偏法测电流表内阻 3 由上可得ra r 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 4 1在 测定金属的电阻率 的实验中 需要用刻度尺测出被测金属丝的长度l 用螺旋测微器测出金属丝的直径d 用电流表和电压表测出金属丝的电