2019版高考物理总复习实验创新增分专题八测定金属丝的电阻率学案.docx

实验八测定金属丝的电阻率一、实验目的1掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法。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。二、实验原理1把金属丝接入电路中，用伏安法测金属丝的电阻，Rx，因为金属丝的电阻为小电阻，所以采用电流表外接法。实验电路图如图所示。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。三、实验器材被测金属丝，直流电源(4 V)，电流表(00.6 A)，电压表(03 V)，滑动变阻器(50 )，开关，导线若干，螺旋测微器，毫米刻度尺。四、实验步骤1用螺旋测微器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，计算出横截面积S。2将金属丝两端固定在接线柱上悬空挂直，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3次，求出其平均值l。3按实验电路图连接好用伏安法测电阻的实验电路，把滑动变阻器的滑片调节到使接入电路中的电阻值最大的位置。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表、电压表的示数I和U的值，断开开关S，求出导线电阻R的平均值。测量时通过金属丝的电流应控制在1.00 A以下，本实验中电流表量程为00.6 A，每次通电时间应尽量短(以能读取电表数据为准)，读数完毕立即断开开关S，防止温度升高使金属丝长度和电阻率发生明显变化。计算时，务必算出每次的电阻值再求平均值，不能先分别求电压U和电流I的平均值，再由欧姆定律得平均值，否则会带来较大计算误差。完成表格。5拆除实验线路，整理好实验器材五、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UI图象，UI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Rx。六、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。七、注意事项1本实验中被测金属丝的电阻值较小，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、待测金属丝、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丝的两端。3测量被测金属丝的有效长度，是指测量待测金属丝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测金属丝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电阻值最大的位置。6求R的平均值时若采用图象法，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。考点1基础实验例1(2017常州模考)某同学要测量一根均匀电阻丝的电阻率。他在电阻丝两端分别接了接线柱a、b，并将电阻丝固定在米尺上，米尺的中间设置了一个可沿电阻丝滑动的触头c，c的上端为接线柱，a、c间的长度可在米尺上直接读出，如图1所示。可供选择的器材有：A待测电阻丝(长约80 cm，阻值小于5 )；B电压表03 V，内阻约3 k；C电流表00.6 A，内阻约0.5 ；D电池组：电动势3 V，内阻很小；E滑动变阻器R，总阻值10 ；F开关，导线若干；G螺旋测微器。(1)该同学用螺旋测微器测量电阻丝的直径，其刻度如图2所示，读数为_mm。(2)该同学认为，应尽量避免由于电流热效应导致的电阻率变化，为此，应使a、b间电压保持不变，只改变触头c的位置，测量a、c间的电压U，寻找U和a、c间电阻丝长度L的关系，即可实现测量电阻率的目的。根据上述分析，完成下列问题：实验中采用的思想方法是_。(将选项前的字母填在横线上)A等效替代法 B建立理想模型法C控制变量法 D实验推理法滑动变阻器所起的作用主要是_。(将选项前的字母填在横线上)A调节电压表和电流表的示数，实现多次测量B使电阻丝a、b间保持适当电压，充当保护电阻的作用根据以上分析，将图3连成实验电路。(3)该同学通过改变触头c的位置，分别测出了五组长度L与对应的电压U的数据(电流表示数保持在0.50 A不变)，并已描在坐标纸上，如图4所示。请根据图4上的数据点描绘出图线，算出图线的斜率k_V/m。(结果保留两位有效数字)(4)根据上面提供的有关数据计算该电阻丝的电阻率_ m。(结果保留两位有效数字)解析(1)螺旋测微器读数为(1.547.70.01) mm1.977 mm。(2)保持a、b间电压不变，即保持电阻丝中电流不变，a、c间的电压U与电阻丝长度L成正比，体现了控制变量法，C正确。滑动变阻器使电阻丝a、b间保持适当电压，充当保护电阻的作用，B正确。电阻丝总阻值远小于电压表内阻，应采用电流表外接法。(3)图线如图乙所示。由图乙图线可知，斜率k1.9 V/m。(4)a、c间电压UIRI，电阻丝的截面积Sd2，可得电阻率k，代入k、d、I的数值，得1.2105 m。答案(1)1.977(1.9761.978均正确)(2)CB见解析图甲(3)见解析图乙1.9(4)1.2105(1)熟练掌握游标卡尺和螺旋测微器的读数。(2)滑动变阻器有两种接法，一般Rx比滑动变阻器最大阻值小，又没有要求测量电压从零开始，选择限流式接法，例1中Rx小于5 ，滑动变阻器最大阻值10 ，采用限流式接法。如果Rx大于滑动变阻器的最大阻值，一般采用分压式接法。(3)对于给定电压表、电流表内阻的情况下，一般Rx；采用内接法；Rx”“”或“”)。(2)另一同学找来一恒压电源，按图3的电路先后将接线端P分别接a处和b处，测得相关数据如表2所示，该同学利用该数据可算出Rx的真实值为_。答案(1)1.704电压表内阻远大于金属丝电阻，电压表分流几乎为零12(2)13解析(1)由图示螺旋测微器可知，螺旋测微器示数为1.5 mm20.40.01 mm1.704 mm。由表中实验数据可知，电压表接a、b两点时，电流表示数不变，电压表示数变化较大，说明电压表内阻很大，电压表分流很小，几乎为零，电流表分压较大，电流表应采用外接法，电压表应接a点，金属丝电阻Rx测 12 ；电流表采用外接法，由于电压表分流作用，电流的测量值大于真实值，由欧姆定律可知，金属丝电阻测量值小于真实值。(2)由表中实验数据知，RA，则RxRA13 。3(2017河南郑州质检)要测定一卷阻值约为20 的金属漆包线的长度(两端绝缘层已去除)，实验室提供有下列器材：A电流表A：量程00.6 A，内阻约为1 ；量程03 A，内阻约为0.2 B电压表V：量程03 V，内阻约为2 k；量程015 V，内阻约为10 kC学生电源E：电动势约为30 V，内阻r可以忽略D滑动变阻器R1：阻值范围010 ，标定电流4 AE滑动变阻器R2：阻值范围0500 ，标定电流0.5 AF开关S及导线若干(1)使用螺旋测微器测量漆包线直径时示数如图甲所示，则漆包线的直径为d_mm。(2)为了调节方便，并能较准确地测出该漆包线的电阻，电流表应选择量程_(填量程序号)，电压表应选择量程_(填量程序号)，滑动变阻器应选择_(填“R1”或“R2”)，请设计合理的实验电路，将电路图完整地补画在虚线框中。(3)根据正确的电路图进行测量，某次实验中电压表与电流表的表盘示意图如图乙，可求出这卷漆包线的电阻为_(结果保留三位有效数字)。(4)已知这种漆包线金属丝的直径为d，材料的电阻率为，忽略漆包线的绝缘层的厚度，则这卷漆包线的长度L_(用U、I、d、表示)。答案(1)0.830(0.8290.831均正确) (2) R1 图见解析(3)21.3 (4)解析(1)螺旋测微器的固定刻度为0.5 mm，可动刻度为33.00.01 mm0.330 mm，所以漆包线的直径为d0.5 mm0.330 mm0.830 mm。(2)题目中给出的电源电动势约为30 V，为了安全起见，电压表应选择量程。为了便于控制，滑动变阻器采用分压接法，故滑动变阻器选总电阻较小的R1。通过金属漆包线的最大电流不超过Imax A0.75 A，所以电流表应选择量程。由于Rx ，为小电阻，故电流表选择外接法，电路图如图所示。(3)电压表量程为015 V，分度值为0.5 V，故读数为11.5 V，电流表量程为00.6 A，分度值为0.02 A，则指针示数为0.54 A，所以这卷漆包线的电阻为Rx 21.3 。(4)由欧姆定律和电阻定律可知Rx，解得漆包线的长度L。4(2017广东湛江四校联考)某同学要测量一个由均匀新材料制成的圆柱体的电阻率，步骤如下：(1)用游标卡尺测量其长度如图甲所示，可知其长度为_mm。(2)用螺旋测微器测量其直径如图乙所示，可知其直径为_mm。(3)选用多用电表的电阻“1”挡，按正确的操作步骤测此圆柱体的电阻，表盘的示数如图丙所示，则该圆柱体的阻值约为_。(4)为更精确地测量其电阻，可供选择的器材如下：电流表A1(量程0300 mA，内阻约为2 )；电流表A2(量程0150 mA，内阻约为10 )；电压表V1(量程01 V，内阻r01000 )；电压表V2(量程015 V，内阻约为15 k)；定值电阻R03000 ；滑动变阻器R1(最大阻值为5 )；滑动变阻器R2(最大阻值为1000 )；电源E(电动势约为4 V，内阻r约为1 )；开关，导线若干。为了使测量尽量准确，测量时电表读数不得小于其量程的，电压表应选_，电流表应选_，滑动变阻器应选_。(填器材代号)(5)根据你选择的器材，请在虚线框内画出实验电路图。答案(1)50.15(2)4.700(4.6994.701均正确)(3)22(4)V1A2R1(5)图见解析解析(1)游标卡尺的读数为50 mm30.05 mm50.15 mm。(2)螺旋测微器的读数为4.5 mm20.00.01 mm4.700 mm。(3)欧姆表的读数：示数倍率221 22 。(4)(5)用量程015 V的电压表指针偏角太小，所以用电压表V1与R0串联改装成量程为4 V，内阻RVR0r04000 的电压表。由电源电动势和内阻的值知电流最大约为Im A174 mA，所以用电流表A2，滑动变阻器用最大阻值较小的，便于调节，所以用滑动变阻器R1，由于Rx，所以采用电流表外接，滑动变阻器采用分压接法，电路图如图所示。5(山东高考)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0.5 A)电压表：V(量程3 V，内阻约3 k)；电流表：A1(量程0.6 A，内阻约0.2 )；A2(量程3 A，内阻约0.05 )；电源：E1(电动势3 V，内阻不计)；E2(电动势12 V，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。(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图所示，读数为_mm。(2)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)1.773(1.7711.775均正确)(2)A1 E1 图见解析解析(1)读数为(1.5 mm27.30.01 mm)1.773 mm。(2)金属丝的额定电流约为0.5 A，两端最大电压约为2 V，所以电源选择E1，电流表选择A1，滑动变阻器采用限流接法，又Rx ，电流表采用外接法。电路原理图如图所示。6(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圆柱体的长度和直径，某次测量的示数如图甲和图乙所示，长度为_cm，直径为_mm。(2)按图丙连接电路后，实验操作如下：将滑动变阻器R1的阻值置于最_(选填“大”或“小”)处；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_(选填“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 ；由此可知，圆柱体的电阻为_。答案(1)5.015.315(5.3145.316均正确)(2)大大1280解析(1)游标卡尺的读数为l(500.11) mm50.1 mm5.01 cm。螺旋测微器的读数为d(531.50.01) mm5.315 mm。 (2)此电路中滑动变阻器是以限流方式接入电路中的，故在步骤中合上开关前应使其接入电路中的阻值为最大，以保证电路安全。同理步骤中亦将电阻箱R2的阻值调至最大。 步骤中，由闭合电路欧姆定律得I0，其中R表示圆柱体的电阻。步骤中，仍由闭合电路欧姆定律得I0由等量代换可得RR21280 。7(江苏高考)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，