高三物理第七章 恒定电流 实验七 测定金属的电阻率.ppt

实验七探究电阻的决定因素要点归纳 实验目的 1 探究电阻的决定因素 2 练习使用螺旋测微器 会使用常用的电学仪器 实验原理 欧姆定律和电阻定律 用毫米刻度尺测一段金属丝的长度l 用螺旋测微器测导线的直径d 用伏安法测导线的电阻r 由r 所以金属丝的电阻率 实验器材 被测金属丝 毫米刻度尺 螺旋测微器 电压表 电流表 直流电源 电键 滑动变阻器 导线等 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 图1 用导线将器材连好 将滑动变阻器的阻值调至最大 图1 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 反复测量3次 求出其平均值l 4 电路经检查确认无误后 闭合电键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 记入记录表格内 断开电键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 锦囊妙诀两个定律把定 测u测i测直径 l测量莫松动 为减误差外接 通过电流要适宜 变阻器使用记心中 数据处理 1 在求rx的平均值时可用两种方法 1 第一种是用rx 算出各次的数值 再取平均值 2 第二种是用u i图线的斜率求出 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 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r 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 1 螺旋测微器的构造如图2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 附 螺旋测微器和游标卡尺的使用1 螺旋测微器的构造原理及读数 图2 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 读数时估算到毫米的千分位上 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 如图3所示 固定刻度示数为2 0mm 不足半毫米而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 图3 2 游标卡尺 如图4所示 1 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 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 图4 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 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 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 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部分待测导线长度 测量时应将导线拉直 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 7 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图象 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 典例剖析 例1 在 探究电阻的决定因素 的实验中 所用金属电阻丝的电阻约为30 现通过以下实验测量该金属材料的电阻率 1 用螺旋测微器测量电阻丝直径 其示数如图5所示 则该电阻丝直径的测量值d mm 图5 2 实验中能提供的器材有开关 若干导线及下列器材 电压表v1 量程0 3v 内阻约3k 电压表v2 量程0 15v 内阻约15k 电流表a1 量程0 100ma 内阻约5 电流表a2 量程0 0 6a 内阻约0 1 滑动变阻器r1 0 10 滑动变阻器r2 0 1k 电源e 电动势为4 5v 内阻不计 为了便于调节电路并能较准确的测出电阻丝的阻值 电压表应选 电流表应选 滑动变阻器应选 3 如图6所示 将电阻丝拉直后两端固定在刻度尺两端的接线柱a和b上 刻度尺的中间有一个可沿电阻丝滑动的触头p 触头的另一端为接线柱c 当用手按下触头p时 触头p才与电阻丝接触 触头的位置可在刻度尺上读出 实验中改变触头p与电阻丝接触的位置 并移动滑动变阻器的滑片 使电流表示数i保持不变 分别测量出多组接入电路中电阻丝的长度l与对应的电压u 请在图7中完成实验电路的连接 要求 能改变电阻丝的测量长度和进行多次测量 图6 图7 4 利用测量数据画出u l图线 如图8所示 其中 l0 u0 是u l图线上的一个点的坐标 根据u l图线 用电阻丝的直径d 电流i和坐标 l0 u0 可计算得出电阻丝的电阻率 用所给字母表示 图8 答案 1 0 183 0 181 0 185 2 v1a1r1 3 如下图所示 该图中电压表连接接线柱b c也对 4 变式练习如图9所示 甲图为一段粗细均匀的新型导电材料棒 现测量该材料的电阻率 图9 1 首先用多用电表的欧姆挡 倍率为 10 粗测其电阻 指针位置如图乙所示 其读数r 2 然后用以下器材用伏安法尽可能精确地测量其电阻a 电流表 量程为0 6a 内阻约为0 1 b 电压表 量程为3v 内阻约为3k c 滑动变阻器 最大阻值为20 额定电流1ad 低压直流电源 电压6v 内阻忽略e 电键s 导线若干 在下面的虚线方框中画出实验电路图 3 如果实验中电流表示数为i 电压表示数为u 并测出该棒的长度为l 直径为d 则该材料的电阻率 用测出的物理量的符号表示 答案 1 200 2 如下图所示 3 例2 甲 乙两同学使用完全相同的器材用伏安法测量同一未知电阻rx的阻值 给定器材为 待测电阻rx 电流表 量程0 5ma 内阻约10 电压表 量程为0 3v 内阻约3000 最大阻值为1700 的滑动变阻器 电源e 电动势约3v 开关s 导线若干 两人的测量结果分别由图10中甲和乙给出 图10 1 由图甲得rx 由图乙得rx 2 在下面方框中分别画出甲 乙两位同学所用的测量电路 并由测量结果判定同学的测量结果较为准确 甲的电路 乙的电路 思路点拨 1 图线斜率的物理意义是什么 哪个的斜率大 如何计算 2 用不同的测量电路 其测量值与实际值各有怎样的误差 解析 1 两图线的斜率表示电阻的测量值 由图r甲 1060 在1060 40内均对 r乙 730 在730 40内均对 2 因图甲所示直线的斜率大 即测量值大 故甲同学采用的是电流表内接法 乙采用的是外接法 因电阻值远大于电流表内阻 故用内接法较为准确 答案 1 1060 40 730 40 2 甲 乙电路如下图所示 创新实验 例3 在 探究电阻的决定因素 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阻rx 用电流表和电压表测金属丝的电阻时 由于电压表 电流表内阻的影响 不论使用电流表内接法还是电流表外接法 都会产生系统误差 按如图11所示的电路进行测量 可以消除由于电表内阻造成的系统误差 利用该电路进行实验的主要操作过程是 图11 第一步 先将r2的滑动触头调到最左端 单刀双掷开关s2向1闭合 闭合开关s1 调节滑动变阻器r1和r2 使电压表和电流表的示数尽量大些 不要超过量程 读出此时电压表和电流表的示数u1 i1 第二步 保持两滑动变阻器的滑动触头位置不变 将单刀双掷开关s2向2闭合 读出此时电压表和电流表的示数u2 i2 请写出由以上记录数据计算被测电阻的表达式rx 解析第一步对应的等效电路如图甲所示 则rx ra r1 第二步对应的等效电路如图乙所示 则ra r1 由以上两式求得rx 答案 素能提升1 在做 探究电阻的决定因素 实验时 下列操作正确的是 a 若待测金属导线是漆包线 应该用火烧去表面漆皮 轻轻抹去灰尘后再测金属丝的直径 千万不可用小刀去刮漆皮 而两端接头部分则用纱布打磨干净 以保证电路接触良好b 用米尺反复测量三次导线的总长度 求出平均值l 然后将导线接入测量电路中 c 估计待测金属导线的总长 选择合适的仪器和实验电路d 合上开关s 不断增大滑动变阻器接入电路的有效阻值 记录几组对应的电流和电压数值 计算出导线的总电阻解析用米尺反复测量三次接入电路中的导线的长度而不是总长度 b c错 闭合开关前 滑动变阻器的有效阻值处于最大 合上开关s后逐步减小滑动变阻器接入电路的有效阻值 d错 答案a 2 在 测定金属丝电阻率 的实验中 由可知 对实验结果的准确性影响最大的是 a 导线直径d的测量b 电压u的测量c 电流i的测量d 导线长度的测量解析四个选项中的四个物理量对金属丝的电阻率均有影响 但影响最大的是直径d 因为在计算式中取直径的平方 a 3 某小组的两位同学采用 伏安法 测金属丝的电阻实验中 根据同一组数据进行正确描点后 甲 乙两位同学根据自己的理解各做出一条图线 如图12所示 根据你对实验的理解 你认为同学的图线正确 根据你选择的图线算出该金属丝的电阻为 保留两位有效数字 图12 解析当金属丝两端电压为零时 通过的电流也为零 因此图线必过原点 故甲同学的图线正确 在甲同学画的图线上距原点较远的地方取一个点 其坐标值为 0 4a 1 52v 故金属丝电阻为 答案甲3 8 3 7 3 9均可 4 1 用游标为50分度的游标卡尺测量某工件的长度时 示数如图13所示 则测量结果应该读作mm 图13 2 用螺旋测微器测圆柱体的直径时 示数如图14所示 此示数为mm 图14 解析 1 游标为50分度的卡尺 其精确度为0 02mm 主尺示数为10mm 游标上第20格与主尺对齐 示数为20 0 02mm 0 40mm 所以正确的结果为10mm 0 40mm 10 40mm 2 使用螺旋测微器读数时 先读出套筒上固定刻度的整毫米数 再看半毫米刻度线是否露出 若已露出 应加上0 5mm 然后再以固定刻度的水平线为基准 读出可动刻度上的格数 含估读 0 01mm 读数为 2 5mm 0 220mm 2 720mm 答案 1 10 40 2 2 720 5 在 探究电阻的决定因素 的实验中 用电压表测得金属丝两端的电压u 用电流表测得通过金属丝中的电流i 用螺旋测微器测得金属丝的直径d 测得数据如图15所示 请从图中读出u v i a d m 图15 解析注意到本实验电压表用0 3v挡 读得电压表读数为1 70v 注意应读到最小刻度的倍 电流表用0 0 6a挡 读得电流表读数为0 48a 注意应读到最小刻度的位 螺旋测微器的读数为0 485mm 0 485 10 3m 读数时注意固定刻度上表示半毫米的刻线是否已露出 读取可动刻度尺上的数据时应注意估读一位 答案1 700 480 485 10 3 6 在 探究电阻的决定因素 的实验中 某同学进行了如下测量 1 用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属丝的有效长度 测量3次 求出其平均值l 其中一次测量结果如图16甲所示 金属丝的另一端与刻度尺的零刻线对齐 图中读数为cm 用螺旋测微器测量金属丝的直径 选不同的位置测量3次 求出其平均值d 其中一次测量结果如图乙所示 图中读数为mm 2 采用图17所示的电路测量金属丝的电阻 电阻的测量值比真实值 填 偏大 或 偏小 最后由公式 计算出金属丝的电阻率 用直接测量的物理量表示 图16 图17 3 请你根据以上的电路图在图18中进行实物连线 电流表选0 6a量程 电压表选3v量程 图18 解析本题考查探究电阻的决定因素的实验原理 误差分析及实物图的连接 1 金属丝的长度为24 12cm 24 14cm 直径读数为0 518mm 0 519mm 2 采用电流表外接法 由于电压表的内阻不是无穷大 电压表有分流 从而电流表的测量值大于真实值 由r 可知 电阻的测量值小于真实值 由r 可得 答案 1 24 12 24 140 518 0 519 2 偏小 3 见解析图 3 实物连接如下图 7 生活中使用的电烙铁是一种合金 试根据材料回答下列问题 1 所谓合金 就是不同种金属 也包括一些非金属 在熔化状态下形成的一种熔合物 或冷却后的固体 下列四种金属难与表中其他金属形成二元合金的是 a feb znc agd w 2 某兴趣小组想测定某种电烙铁合金丝的电阻率 用螺旋测微器测出合金丝的直径如图19所示 则示数为mm 图19 3 某同