2013届高三物理第一轮复习 第七章探究决定导线电阻的因素导学案35 实验

用心 爱心 专心1 实验学案实验学案 3535 探究决定导线电阻的因素探究决定导线电阻的因素 实验目的 1 掌握螺旋测微器及游标卡尺的原理及读数方法 2 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 3 会用伏安法测电阻 并进一步探究决定导线电阻的因素 实验原理 1 螺旋测微器的读数 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 毫米 注意半毫米刻线是否露出 估 读一位 0 01 毫米 2 游标卡尺读数 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 3 伏安法测电阻 1 电流表的内接法和外接法的比较 内接法外接法 电路图 误差原因 电流表分压 U测 Ux UA 电压表分流 I测 Ix IV 电阻 测量值 R测 U测 I RA Rx Rx 测量值大于真实值 R测 U I测 Rx 测量值小于真实值 适用条件 RARx RVRx 适用于测量 电阻 电阻 2 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 内大外小 临界值计算法 图 1 用心 爱心 专心2 实验试探法 按图 1 接好电路 让电压表的一根接线柱 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 4 滑动变阻器的限流式接法和分压式接法 接法限流式接法分压式接法 电路图 特点 用电器和滑动变阻器的一 部分串联 另一部分不起作 用 调节电压的范围不能从零 开始变化 用电器和滑动变阻器的一 部分并联后和另一部分串联 电压可以从零调节到最大 值 适用条件 滑动变阻器的最大阻值和用 电器的阻值差不多且要求电 压不从零开始变化 滑动变阻器的最大阻值小于 用电器的阻值 电压要求从 零开始变化 5 电阻率的测定原理 把金属丝接入如图 2 所示的电路中 用 测金属丝两端的电压 用 测 金属丝中流过的电流 根据 Rx 计算金属丝的电阻 Rx 图 2 然后用 测量金属丝的长度 l 用 测量金属丝的直径 d 计算出横 截面积 S 根据电阻定律 Rx l S 得出计算金属丝电阻率的公式 RxS l 实验器材 金属丝 安培表 伏特表 直流电源 电键一个 导线 若干 刻度尺 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 计算出导线的横截面积 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 导线的 长度 反复测量 3 次 求出其平均值 l 3 按如图 2 所示的原理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 的位置 4 电路经检查确认无误后 闭合电键 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 断开电键 S 求出导线电阻 R 的平均值 应用指南 测量时通过金属丝的电流应控制在 1 00 A 以下 本实验中安培表量程为 0 0 6 A 每次通电时间应尽量短 以能读取电表数据为准 读数完毕立即断开电键 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 用心 爱心 专心3 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 5 将测得的 R l d 值代入电阻率计算公式 中 计算出金属导线的电 RS l d2U 4lI 阻率 6 拆去实验线路 整理好实验器材 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 亦即电压表并入两点间的部分待测导线长度 测量时应将导线拉直 2 本实验中被测金属导线的电阻值较小 因此实验电路必须采用电流表外接法 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 连线时应避免接线交叉和正 负极接错 最后再把 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 6 A 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 误差分析 1 金属丝直径 长度的测量读数等人为因素带来误差 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 l S 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 题型一 游标卡尺或螺旋测微器的读数和使用 例 1 2010 宁夏理综 22 某同学用游标卡尺测量一圆柱体的长度 l 用螺旋测 微器测量该圆柱体的直径 d 示数如图 3 所示 由图可读出 l cm d mm 游标卡尺精确到 螺旋测微器精确到 图 3 规范思维 用心 爱心 专心4 题型二 电阻的测量 例 2 图 4 2011 江苏 11 某同学利用如图 4 所示的实验电路来测量电阻的阻值 1 将电阻箱接入 a b 之间 闭合开关 适当调节滑动变阻器 R 后保持其阻值不 变 改变电阻箱的阻值 R 得到一组电压表的示数 U 与 R 的数据如下表 电阻 R 5 010 015 025 035 045 0 电压 U V 1 001 501 802 142 322 45 请根据实验数据作出 U R 关系图象 图 5 2 用待测电阻 Rx替换电阻箱 读得电压表示数为 2 00 V 利用 1 中测绘的 U R 图 象可得 Rx 3 使用较长时间后 电池的电动势可认为不变 但内阻增大 若仍用本实验装置和 1 中 测绘的 U R 图象测定某一电阻 则测定结果将 选填 偏大 或 偏小 现将 一已知阻值为 10 的电阻换接在 a b 之间 你应如何调节滑动变阻器 便仍可利用本实 验装置和 1 中测绘的 U R 图象实现对待测电阻的准确测定 规范思维 题型三 测金属的电阻率 例 3 2010 四川达州一中高三月考 如图 6 所示 导线连线不完整 某同学想测 用心 爱心 专心5 量某导电溶液的电阻率 先在一根均匀的长玻璃管两端各安装了一个电极 接触电阻不计 两电极相距 L 0 700 m 其间充满待测的导电溶液 用如下器材进行测量 电压表 量程 15 V 内阻约 30 k 电流表 量程 300 A 内阻约 50 滑动变阻器 最大阻值 10 额定电流 1 A 电池组 电动势 E 12 V 内阻 r 6 单刀单掷开关一个 导线若干 图 6 表 1 是他测量通过管中导电液柱的电流及两端电压的实验数据 实验中他还用 20 分度 的游标卡尺测量了玻璃管的内径 结果如图 7 所示 表 1 U V01 03 05 07 09 011 0 I A02265109155175240 图 7 根据以上所述请回答下面的问题 1 玻璃管内径 d 的测量值为 cm 2 根据表 1 数据在图 8 坐标系中描点 请作出 U I 图象 根据图象求出电阻 R 保留两位有效数字 图 8 3 计算导电溶液的电阻率表达式是 用 R d L 表示 测量值为 m 保留两位有效数字 4 请画出测量导电溶液电阻的电路图 并在图 6 中补画出未连接的导线 用心 爱心 专心6 规范思维 1 在做 探究决定导线电阻的因素 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 2 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 9 所示 则测量结 果应该读作 mm 图 9 图 10 2 用螺旋测微器测圆柱体的直径时 示数如图 10 所示 此示数为 mm 3 在 探究决定导线电阻的因素 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 11 用心 爱心 专心7 所示 请从图中读出 U V I A d m 图 11 3 在 探究决定导线电阻的因素 的实验中 图 12 用螺旋测微器测量金属丝直径时的刻度位置如图 12 所示 用米尺测出金属丝的长度 L 金属丝的电阻大约为 5 先用伏安法测出金属丝的电阻 R 然后根据电阻定律计算出 该金属材料的电阻率 1 从图中读出金属丝的直径为 mm 2 为此取来两节新的干电池 开关和若干导线及下列器材 A 电压表 0 3 V 内阻 10 k B 电压表 0 15 V 内阻 50 k C 电流表 0 0 6 A 内阻 0 05 D 电流表 0 3 A 内阻 0 01 E 滑动变阻器 0 10 F 滑动变阻器 0 100 要求较准确地测出其阻值 电压表应选 电流表应选 滑动变阻 器应选 填序号 实验中某同学的实物接线如图 13 所示 请指出该同学实物接线中的两处明显错误 图 13 错误 1 错误 2 4 2011 新课标 22 为了测量一微安表头 A 的内阻 某同学设计了如图 14 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 用心 爱心 专心8 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 图 14 5 2011 深圳中学月考 某学习小组为测量一铜芯电线的电阻率 他们截取了一段电 线 用米尺测出其长度为 L 用螺旋测微器测得其直径为 D 用多用电表测得其电阻值约为 2 为提高测量的精度 该小组的人员从下列器材中挑选了一些元件 设计了一个电路 重新测量这段导线 用 Rx表示 的电阻 A 电源 E 电动势为 3 0 V 内阻不计 B 电压表 V 量程为 0 3 0 V 内阻约为 2 k C 电压表 V 量程为 0 15 0 V 内阻约为 6 k D 电流表 A 量程为 0 0 6 A 内阻约为 1 E 电流表 A 量程为 0 3 0 A 内阻约为 0 1 F 滑动变阻器 R1 最大阻值 10 额定电流 2 0 A G 滑动变阻器 R2 最大阻值 1 k 额定电流 1 0 A H 定值电阻 R0 阻值为 3 I 开关 S 一个 导线若干 图 15 1 如图 15 所示是该实验小组用螺旋测微器对铜芯线直径的某次测量 其读数是 mm 2 实验时电压表选 电流表选 滑动变阻器选 只填代 号 3 为提高实验的精确度 请你为该实验小组设计电路图 并画在下面的方框中 4 某次测量时 电压表示数为 U 电流表示数为 I 则该铜芯线材料的电阻率的表达 式为 用心 爱心 专心9 实验学案实验学案 3535 探究决定导线电阻的因素探究决定导线电阻的因素 基础自主落实 实验原理 1 固定刻度数 可动刻度数 3 1 大阻值 小阻值 2 外接法 内接法 5 电压表 电流表 毫米刻度尺 螺旋测微器 U I d2U 4lI 实验器材 螺旋测微器 滑动变阻器 实验步骤 1 d2 4 2 有效 3 最大 热点题型精析 例 1 2 25 6 860 0 1 mm 0 01 mm 解析 对游标卡尺 主尺刻度为 22 mm 游标尺共 10 个格 分度为 0 1 mm 且游标尺 的第 5 个格与主尺刻度线对齐 因此它的读数为 l 22 mm 0 1 5 mm 22 5 mm 2 25 cm 对螺旋测微器 它精确到 0 01 mm 固定尺刻度读数为 6 5 mm 可动尺刻度为 36 0 0 01 mm 0 360 mm 所以螺旋测微器的读数为 d 6 5 mm 36 0 0 01 mm 6 860 mm 规范思维 游标卡尺和螺旋测微器的读数是高考常考的问题之一 读数时不管题目 怎么要求 先读成毫米 这样读数的优点是整数部分从固定尺上进行读数 小数部分从螺 旋尺上进行读数 游标卡尺不需要估读 但是要注意游标尺是十分度还是二十分度或者五 十分度的 螺旋测微器需要估读 估读到 0 001 mm 例 2 1 U R 关系图象见下图 2 20 19 21 都算对 3 偏小 改变滑动变阻器阻值 使电压表示数为 1 50 V 解析 1 根据表中数据 确定 U R 轴刻度 使图象尽量大一些 然后描点 连线 用 平滑曲线连接 且必须过 0 0 点 2 由作出的图象得到相应的 R 值 约为 20 用心 爱心 专心10 3 由 I 知 r 增大后 计算出的 R 值会偏小 由题表知 要实现对待测电 E R R r 阻的准确测定 应改变滑动变阻器的阻值 使电压表示数为 1 50 V 规范思维 本题是 替换法 测电阻的变形题 并且把 替换法 与图象 电路分 析相结合 使 替换法 有了新意 例 3 1 3 075 2 4 5 104 3 48 4 见解析 R d2 4L 解析 1 30 mm 15 0 05 mm 30 75 mm 3 075 cm 2 连线时要让大多数点在一条直线上 作出 U I 图象如下图所示 从直线上取一点 155 A 7 0 V 求出 R 4 5 104 3 由 R L S S d 2 2 解出 48 m R d2 4L 4 在本题中 由于待测导电溶液电阻阻值较大 故应采用电流表的内接法 从表 1 可 看出电表示数从零开始 故应采用滑动变阻器的分压式接法 电路图与实物连接图如下图 所示 规范思维 1 电阻的测量问题有多种呈现形式 首先要确定的是电流表到底是采用 内接法 还是 外接法 2 要正确连接实物图 首先应明确实验原理 画出实验原理图 本题要求画原理图 如果不要求 也要先画出原理图 再画连线图 课时效果检测 1 A 2 1 10 40 2 2 720 3 1 70 0 48 0 485 10 3 3 1 0 679 2 A C E 错误 1 导线连接在滑动变阻器的滑片上 错误 2 采用了电流表内接法 解析 1 从螺旋测微器的主尺上可以看出 半毫米刻线已经露出来 因此主尺上应读 0 5 mm 可动刻度接近第 18 个刻线 可以估读 0 179 mm 所以该金属丝直径应为 0 5 mm 0 179 mm 0 679 mm 2 因为两节干电池的电动势是 3 V 用 3 V 量程的电压表 A 因为金属丝的电阻大