【名师点金】高考物理一轮复习 第7单元恒定电流第3讲 实验：测定金属的电阻率(同时练习使用螺旋测微器) 描绘小电珠的伏安特性曲线课件 新人教版.ppt

第3讲实验 测定金属的电阻率 同时练习使用螺旋 测微器 描绘小电珠的伏安特性曲线 知识建构 技能建构 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 一 实验目的 一 测定金属的电阻率 同时练习使用螺旋测微器 知识建构 技能建构 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 2 掌握螺旋测微器及游标卡尺的原理及读数方法 知识建构 技能建构 1 螺旋测微器的构造 如图所示是常用的螺旋测微器 它的小砧a和固定刻度s固定在框架f上 旋钮k 微调旋钮k 和可动刻度h 测微螺杆p连在一起 通过精密螺纹套在s上 1 螺旋测微器的构造原理及读数 知识建构 技能建构 2 螺旋测微器的原理 测微螺杆p与固定刻度s之间的精密螺纹的螺距为0 5mm 即旋钮k每旋转一周 p前进或后退0 5mm 而可动刻度h上的刻度为50等份 每转动一小格 p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 知识建构 技能建构 3 读数 测量时被测物体长度的整数毫米数由固定刻度读出 小数部分由可动刻度读出 测量值 毫米 固定刻度数 毫米 注意半毫米刻线是否露出 可动刻度数 估读一位 0 01 毫米 知识建构 技能建构 1 电流表的内接法和外接法的比较 2 伏安法测电阻 知识建构 技能建构 知识建构 技能建构 2 伏安法测电阻两种电路的选择 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 rx 时 用电流表 外接法 rx 时 用电流表 内接法 知识建构 技能建构 3 电阻率的测定原理 知识建构 技能建构 三 实验器材 毫米刻度尺 螺旋测微器 直流电流表和直流电压表 滑动变阻器 直流电源 开关 被测金属丝 导线若干 知识建构 技能建构 1 求导线横截面积s 在准备好的金属丝上三个不同位置用螺旋测微器各测一次直径 求出其平均值d s 四 实验步骤 2 按照原理图 如图所示 连好用伏安法测电阻的实验电路 知识建构 技能建构 4 把滑动变阻器调到接入电路中的电阻值最大的位置 检查无误后 闭合开关s 改变滑动变阻器滑动片的位置 读出几组相应的电流值和电压值记录在表格中 断开s 求出导线电阻rx的平均值 3 用毫米刻度尺测量接入电路的金属丝长度 即有效长度 反复测量三次 求出平均值l 知识建构 技能建构 1 在求rx的平均值时可用两种方法 5 整理仪器 五 数据处理 1 第一种是用rx 算出各次的数值 再取平均值 知识建构 技能建构 2 计算电阻率 将记录的数据rx l d的值 代入电阻率计算公式 rx 六 误差分析 2 第二种是用u i图线的斜率求出 知识建构 技能建构 2 测量电路中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r 知 测 真 1 金属丝直径 长度的测量带来误差 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 知识建构 技能建构 1 测量前须校对零点 先使小砧a与测微螺杆p并拢 观察可动刻度零刻度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度线是否重合 不重合时 用存放螺旋测微器盒中的工具调节 直到完全重合为止 1 螺旋测微器的使用 知识建构 技能建构 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 以避免p和被测物体间产生过大的压力 这样 既可以保护仪器 又能保证测量结果准确 当听到 咔 咔 声后 止动 即可读数 3 螺旋测微器应估读一位 即以mm作单位 应读到小数点后面第三位 知识建构 技能建构 2 测定金属的电阻率 4 为防止读出的数据出现差错 可在读数前估计大概读数值 若发现最后读数与开始估计数值相差较大 立即检查出错原因 如半毫米刻线是否露出 1 为了方便 测量直径应在导线连入电路前进行 为了准确测量金属丝的长度 应该在连入电路之后在拉直的情况下进行 知识建构 技能建构 3 开关s闭合前 滑动变阻器的阻值要调至最大 2 本实验中被测金属丝的电阻值较小 故须采用电流表外接法 4 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 知识建构 技能建构 5 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 滑动变阻器连成干路 然后再把电压表并联在待测金属丝的两端 八 实验改进 在本实验中 由于电表内电阻的影响 从而使金属导线电阻测量值偏小 可以改进实验电路 消除由于电表内阻的影响而带来的实验差 知识建构 技能建构 1 等效替换法 连接电路如图甲所示 r为电阻箱 rx为待测电阻 通过调节电阻箱r 使单刀双掷开关s分别接1和2时 若电流表中的电流示数相同 就表明rx r 即可测出rx 知识建构 技能建构 2 附加电阻法 连接电路如图乙所示 r1为一阻值较大的固定电阻 rx为待测电阻 1 s2断开 闭合s1调节变阻器r 使电流表 电压表都有一个适当读数 记下两表读数i1 u1 2 保持变阻器r不变 再闭合s2 记下两表的读数i2 u2 3 待测电阻rx 知识建构 技能建构 一 仪器的选取和实物图的连接 知识建构 技能建构 例1在 测定金属丝电阻率 实验中 若粗测金属丝的电阻rx约为3 为尽可能减小误差 要求金属丝发热功率p 0 75w 知识建构 技能建构 1 下述器材中应选用的是 用字母代替 a 6v电池组 b 电流表 0 0 6a 内阻0 5 c 电流表 0 3a 内阻0 01 d 电压表 0 3v 内阻1k e 电压表 0 15v 内阻5k f 滑动变阻器 0 100 额定电流1a g 滑动变阻器 0 20 额定电流1a 知识建构 技能建构 2 实验中用螺旋测微器测量导线直径时 可估读到mm 用毫米刻度尺测量导线长度时 可估读到mm 3 在框内画出电路图 知识建构 技能建构 4 在图甲中 将各器材连成实验电路 甲 知识建构 技能建构 名师点金 本题考查实验仪器的选择 螺旋测微器的读数 实验原理和实物图的连接及作图能力 使用刻度尺与螺旋测微器等测量时 要首先确定仪器的精度 确定是否估读 电学实验中 根据实验和题目给定的已知数据来选择合适的电流表和电压表以及确定电流表的内外接法 滑动变阻器的限流与分压 依据读数准确原则和操作方便的原则 知识建构 技能建构 规范全解 1 p 0 75w rx 3 所以金属丝两端的电压应小于v 1 5v 故电压表应选d 流过的电流应小于a 0 5a 故电流表应选b 滑动变阻器从方便调节角度考虑选g 其他有a 知识建构 技能建构 3 注意电流表外接 滑动变阻器分压式接法 2 螺旋测微器可估读到0 001mm 毫米刻度尺估读到最小刻度的下一位 即0 1mm 知识建构 技能建构 4 如图乙所示 乙 答案 1 a b d g 2 0 0010 1 3 如图丙所示 4 如图乙所示 知识建构 技能建构 例2某实验小组利用实验室提供的器材探究一种金属丝的电阻率 所用器材包括 输出电压为3v的直流稳压电源 电流表 待测金属丝 螺旋测微器 千分尺 米尺 电阻箱 开关和导线等 二 实验数据的处理 知识建构 技能建构 1 他们截取了一段金属丝 拉直后固定在绝缘的米尺上 并在金属丝上夹一个小金属夹 金属夹可在金属丝上移动 请根据现有器材 设计实验电路 并连接电路实物图 如图甲所示 知识建构 技能建构 2 实验的主要步骤如下 正确连接电路 设定电阻箱的阻值 开启电源 合上开关 读出电流表的示数 记录金属夹的位置 断开开关 合上开关 重复 的操作 知识建构 技能建构 3 该小组测得电流与金属丝接入长度关系的数据 并据此绘出了图乙的关系图线 其斜率为a 1 m 1 保留三位有效数字 图线纵轴截距与电源电动势的乘积代表了的电阻之和 知识建构 技能建构 4 他们使用螺旋测微器测量金属丝的直径 示数如图丙所示 金属丝的直径是 图乙中图线的斜率 电源电动势和金属丝横截面积的乘积代表的物理量是 其数值和单位为 保留三位有效数字 名师点金 在物理学图象问题中 图线的斜率往往是解决问题的突破口 解决此类问题 要通过物理规律和数学方法推导 寻找斜率的物理意义 根据欧姆定律和电阻定律推导可知 题中图线的斜率k 知识建构 技能建构 规范全解 本题考查学生对测定电阻率实验的了解和基本仪器的使用 考查实验数据的处理 数字运算和实验误差的理解 考查分析能力 实验与探究能力 知识建构 技能建构 1 实验电路如图丁所示 实物图连接如图戊所示 丁戊 知识建构 技能建构 3 根据e i r0 ra ir 其中r0为电阻箱的电阻值 r为电阻丝接入电路的阻值 由公式变形得 所以图线纵轴截距为 纵轴截距与电动势的乘积代表了电阻箱和电流表的内阻之和 2 实验需要进行多次测量取平均值 因此 需要改变金属丝上金属夹的位置 知识建构 技能建构 4 根据螺旋测微器的读数规则可得金属丝的直径为 d 20 0 0 01mm 0 200mm 因为r 所以 l 斜率与se的乘积表示电阻率 kse m 9 89 10 7 m 答案 如图丁 戊所示 2 改变金属丝上金属夹的位置 3 10 5 10 6金属丝接入长度为零时全电路 或电阻箱和电流表 知识建构 技能建构 4 0 198mm 0 202mm金属丝的电阻率 9 69 10 7 m 1 01 10 6 m 知识建构 技能建构 一 实验目的 二 描绘小电珠的伏安特性曲线 知识建构 技能建构 2 分析伏安特性曲线的变化规律 二 实验原理 1 描绘小电珠的伏安特性曲线 知识建构 技能建构 2 电流表外接 因为小电珠 3 8v 0 3a 电阻很小 如果电流表内接 电流表分压明显 误差明显较大 为较为准确测出电压 电流 电流表采用外接法 滑动变阻器采用分压式 使电压能从0开始连续变化 1 用电流表测出流过小电珠的电流 用电压表测出小电珠两端的电压 测出多组 u i 值 在u i坐标系中描出各对应点 用一条平滑的曲线将这些点连接起来 即得到小电珠的伏安特性曲线 3 滑动变阻器的限流接法和分压接法 知识建构 技能建构 1 两种接法比较 知识建构 技能建构 2 限流电路 分压电路的选择原则 限流式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 分压式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 因为rx很小 限流式中滑动变阻器分得电压很大 调节范围越大 rx很大 分压式中rx几乎不影响电压的分配 触头移动时 电压变化接近线性关系 便于调节 若采用限流式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 则必须选用分压式 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 滑动变阻器的滑动触头从一端滑到另一端时 待测电阻上的电流 知识建构 技能建构 或电压变化范围不够大 此时 应改用分压电路 若实验中要求电压从零开始连续可调 则必须采用分压式电路 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 知识建构 技能建构 4 仪器选择的三个原则 安全性原则 通过电源 电流表 电压表 电阻等的电流不能超过其允许的额定值 精确性原则 根据实验需要 选取精度合适的仪器 以尽可能减小实验误差 电压表 电流表指针的偏角要大于满偏的三分之一 操作方便 所选仪器在实验时应调节方便 易于操作 如本实验中滑动变阻器分压接入电路 应选用小电阻滑动变阻器 只有这样 在移动滑片调节电路时 相应用电器上的电压变化才会明显 如果选择大电阻的滑动变阻器 就会出现在移动滑片调节时 刚开始时用电器上的电压几乎不变 过了某位置后又迅速增大的现象 不易于操作 三 实验器材 知识建构 技能建构 小电珠 4v 0 7a 或 3 8v 0 3a 4v 6v学生电源 滑动变阻器 电压表 电流表 开关 导线若干 坐标纸 铅笔 四 实验步骤 知识建构 技能建构 1 连接电路 确定电流表 电压表的量程 采用电流表外接法 滑动变阻器采用分压式接法 按右图的原理图连接好实验电路 2 测出小电珠在不同电压下的电流 知识建构 技能建构 2 改变滑动变阻器滑片的位置 测出14组左右不同的电压值u对应的电流值i 并将测量数据填入表格 1 闭合开关s前 滑动变阻器的滑片应移到 最左端 以使开关闭合时小电珠两端的电压能 从零开始变化 同时 这样做也可防止开关刚闭合时小电珠两端的电压过大而烧坏灯丝 知识建构 技能建构 1 在坐标纸上以u为横轴 i为纵轴建立坐标系 3 画出伏安特性曲线 2 在坐标纸上描出各组数据所对应的点 坐标系纵轴和横轴的标度要适中 以使所描图线充分占据整个坐标纸为宜 3 将描出的点 用平滑的曲线连接起来 就得到小电珠的 伏安特性曲线 知识建构 技能建构 1 由于电压表不是理想电表 内阻并非无穷大 对电路的影响会带来误差 电流表外接 则电流示数过大 4 拆除电路 整理仪器 五 误差分析 2 测量时读数带来误差 3 在坐标纸上描点 作图带来误差 六 注意事项 知识建构 技能建构 2 本实验要作出u i图象 要求测出一组包括零在内的电流 电压值 故控制电路必须采用 分压接法 1 本实验中被测小电珠灯丝的电阻值较小 因此测量电路必须采用 电流表外接法 3 为保护元件不被烧毁 开关闭合前变阻器滑片应位于图中的a端 4 加在小电珠两端的电压不要超过其 额定电压 5 连图线时曲线要平滑 不在图线上的数据点应均匀分布在图线两侧 绝对不要画成折线 知识建构 技能建构 一 实验器材的选取和实物图的连接 知识建构 技能建构 例1在 描绘小电珠的伏安特性曲线 的实验中 可供选择的实验仪器如下 知识建构 技能建构 2 在图甲中用笔画线代替导线 把实验仪器连接成完整的实验电路 甲 1 在上述器材中 滑动变阻器应选 电流表应选 知识建构 技能建构 3 利用实验中得到的实验数据在i u坐标系中 描绘出了如图乙所示的小电珠的伏安特性曲线 根据此图给出的信息 可以判断出图中正确的是 图中p为小电珠功率 知识建构 技能建构 规范全解 1 为方便电路调节 滑动变阻器应选择r1 小电珠正常工作时i额 0 3a 300ma 100ma 故电流表应选 名师点金 电压表 电流表的选择主要考虑安全原则和精确原则 滑动变阻器的选择一般考虑安全原则和方便原则 知识建构 技能建构 2 因为要求小电珠上的电压从0开始增大 应选用分压电路 而小电珠正常工作时r灯 13 rv 5k 故电流表应选择外接法 其实验电路如图丙所示 丙 知识建构 技能建构 3 在i u图象中 图线斜率逐渐减小 小电珠的r逐渐增大 由p 知在p u2图象中 图线的斜率应逐渐减小 故b正确 由p i2r在p i2图象中图线斜率r应逐渐增大 故d正确 答案 1 r1 2 如图丙所示 3 bd 知识建构 技能建构 例2表格中所列数据是测量小电珠u i关系的实验数据 二 实验数据的处理 知识建构 技能建构 1 分析表格内实验数据可知 应选用的实验电路图是图中的 选填 甲 或 乙 知识建构 技能建构 知识建构 技能建构 2 在图丙所示的方格纸内画出小电珠的u i曲线 分析曲线可知小电珠的电阻值随i变大而 选填 变大 变小 或 不变 3 如图丁所示 用一个定值电阻r和两个上述小电珠组成串并联电路 连接到内阻不计 电动势为3v的电源上 已知流过电阻r的电流是流过电珠l2电流的两倍 则流过电珠l1的电流约为a 知识建构 技能建构 名师点金 描点后要用平滑的曲线连线 求解图丁电路时 根据两灯的电流关系和电压之和 采用逼近法从图中读出两灯的电压和电流 规范全解 1 从表中数据可看出 电珠两端电压可以从零开始调节 这说明滑动变阻器应选用分压接法 故应选用图甲 知识建构 技能建构 2 在方格纸上根据u i数据描点 连线 其u i图象如图戊所示 随u和i的增大 图线上各点与坐标原点连线的斜率越来越大 故其电阻变大 戊 知识建构 技能建构 3 因流过电阻r的电流是流过电珠l2电流的两倍 则流过灯l1的电流是流过灯l2电流的3倍 而灯l1 l2两端的电压之和为3v 在 2 描出的u i图象中 找出一个电流i对应的电压u1 再找出3i对应的电压u2 直到u1 u2 3v为止 最后得出结果 流过电珠l1的电流为0 21a 答案 1 甲 2 u i图线如图戊所示变大 3 0 21 知识建构 技能建构 高考真题1 2011年高考 浙江理综卷 在 探究导体电阻与其影响因素的定量关系 实验中 为了探究3根材料未知 横截面积均为s 0 20mm2的金属丝a b c的电阻率 采用如图甲所示的实验电路 m为金属丝c的左端点 o为金属丝a的右端点 p是金属丝上可移动的接触点 在实验过程中 电流表读数始终为i 1 25a 电压表读数u随op间距离的变化如下表 甲 知识建构 技能建构 知识建构 技能建构 2 求出金属丝的电阻率 并进行比较 乙 1 在图乙中绘出电压表读数u随op间距离x变化的图线 知识建构 技能建构 命题分析 本题考查学生处理数据的能力 要求学生以良好的实验操作和数据处理为基础 根据被测物理量的性质正确作图 并得出结论 有利于引导学生认真 踏实地做好每一个实验 解析提示 根据电阻定律导出电阻率公式 用实验已知量s i u l表示 注意公式中u l为某一段导体接入部分的电压和接入长度 其中电压与电压表的示数不同 知识建构 技能建构 规范全解 随着p与o间距离的增大 电压增大 接在电压表两端的电阻增大 当p一直向左移时 电压表分别测量一根 两根 三根金属丝的电压 图象的第一段为a金属丝的 第二段为a b两段金属丝的 第三段为a b c三段金属丝的 知识建构 技能建构 1 图象如图丙所示 丙 知识建构 技能建构 2 a m 1 02 10 6 m b m 1 04 10 8 m c m 1 04 10 6 m 通过计算可知 金属丝a与c电阻率相同 远大于金属丝b的电阻率 答案 见解析 知识建构 技能建构 考向预测1用伏安法测量电阻阻值r 并求出电阻率 某同学的测量电路如图丙所示 给定电压表 电流表 滑线变阻器 电源 开关 待测电阻及导线若干 知识建构 技能建构 1 待测电阻是一均匀材料制成的金属丝 横截面为圆形 用尺测量其长度 用螺旋测微器测量其直径 结果分别如图甲和图乙所示 由图可知其长度为cm 直径为mm 甲 知识建构 技能建构 乙 知识建构 技能建构 2 闭合开关后 发现电流表示数为零 电压表示数与电源电动势相同 则发生故障的是 填 待测金属丝 滑动变阻器 或 开关 知识建构 技能建构 3 对照电路的实物连接在方框中画出正确的电路图 丙 知识建构 技能建构 5 求出的电阻值r 保留3位有效数字 4 图丁中的6个点表示实验中测得的6组电流i 电压u的值 请在图中作出u i图线 知识建构 技能建构 6 请根据以上测得的物理量写出电阻率的表达式 丁 知识建构 技能建构 解析 1 金属丝左端读数0 00cm 右端读数59 40cm 所以金属丝长度为59 40cm 螺旋测微器读数为 0 43 4 0 01 cm 0 434cm 2 电流表示数为零 说明电路发生断路故障 电压表有示数 说明电压表接线柱与对应的电源正 负 极之间连接完好 可知待测金属丝没有连接或发生断路故障 知识建构 技能建构 3 电路图如图戊所示 戊 4 作u i直线 舍去左起第2点 其余5个点尽量靠近直线且均匀分布在直线两侧 图略 知识建构 技能建构 5 在u i直线取离坐标原点较远的点 如 2v 0 345a 由欧姆定律解得r 5 80 6 由电阻定律r 可得 知识建构 技能建构 答案 1 59 40cm 59 39 59 41cm 0 434mm 0 433 0 435mm 2 待测金属丝 3 如图戊所示 4 作u i直线 舍去左起第2点 其余5个点尽量靠近直线且均匀分布在直线两侧 图略 6 5 5 80 5 60 6 00 知识建构 技能建构 高考真题2 2011年高考 广东物理卷 在 描绘小电珠的伏安特性曲线 实验中 所用器材有 小电珠 2 5v 0 6w 滑动变阻器 多用电表 电流表 学生电源 开关 导线若干 粗测小电珠的电阻 应选择多用电表倍率的电