【与名师对话】高考物理总复习 第七章 第三讲 实验：测定金属电阻率课件 新人教版选修31 .ppt

对应学生用书p129 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及电流表和电压表的读数方法 2 掌握螺旋测微器及游标卡尺的原理及读数方法 3 会用伏安法测电阻 进一步测定金属的电阻率 二 实验器材被测金属丝 米尺 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 四 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 如图 用导线将器材连好 将滑动变阻器的阻值调至最大 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 闭后电键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 五 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r u i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图线 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 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 对应学生用书p130 要点一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 1 螺旋测微器的构造如下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 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 如右图所示 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 2 游标卡尺 如下图所示 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 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 2011 江苏南通月考 用螺旋测微器测圆柱体的直径时 示数如右图甲所示 此示数为 mm 用游标为50分度的卡尺 测量值可准确到0 02mm 测定某圆柱的直径时 卡尺上的示数如下图乙所示 可读出圆柱的直径为 mm 解析 螺旋测微器读数时 首先要明确其精确度为0 01mm 读取固定刻度上的数值时 要看半毫米刻度线是否露出 游标卡尺读数时应注意精确度 单位 读法为主尺读数加游标卡尺读数 对图甲 读数是 8 11 6 0 01 mm 8 116mm 对图乙 读数是 42 6 0 02 mm 42 12mm 答案 8 11642 12 要点二测量电路的选择1 伏安法测量电路有两种 安培表内接法和外接法 电流表的内接法和外接法的讨论如下表所示 2 电流表内接法与外接法的选择方法 1 直接比较法 当rx ra时用内接法 当rx ra时用外接法 本实验一般选择3伏电源 3伏挡伏特表 内阻为3千欧或1千欧 安培表0 6安挡 内阻约为0 1欧 金属丝电阻大约5欧 10欧 显然应取外接法 但待测电阻往往不很直观 这就需要用下面两种方法确定测量电路 3 测试判断法 当rx ra rv大约值都不清楚就用测试判断法 如右图所示 将单刀双掷开关s分别接触a点和b点 若看到安培表示数变化比伏特表示数变化大 则说明伏特表分流影响较大 应该选内接法 若伏特表示数变化比安培表示数变化大 则说明安培表降压影响较大 应该选外接法 3 两种用法的选择如果滑动变阻器的额定电流够用 在下列三种情况下必须采用分压接法 1 用电器的电压或电流要求从零开始连续可调 2 要求用电器的电压或电流变化范围大 但滑动变阻器的阻值小 3 采用限流接法时限制不住 电表总超量程 用电器总超额定值 在安全 i滑额够大 仪表不超量程 用电器上的电流 电压不超额定值 电源不过载 有效 调节范围够用 的前提下 若r用 r0 原则上两种电路均可采用 但考虑省电 电路结构简单 可优先采用限流接法 而若r用 r0 则只能采用分压电路 2011 天津 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 解析 根据电源电动势先选择电压表 再根据电路中的最大电流选择电流表 根据电流表 电压表的内阻选择电流表内接法实验电路 为尽量减小实验误差 测量多组数据便于作图法处理数据等操作 滑动变阻器内阻远小于待测电阻 故采用分压式接法 答案 b c 电流表应采用内接的方法 滑动变阻器应采用分压式接法 对应学生用书p131 题型一实验数据的处理例1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 所用的器材包括 输出为3v的直流稳压电源 理想电流表 待测金属丝 螺旋测微器 千分尺 米尺 电阻箱 开关和导线等 1 他们截取了一段金属丝 拉直后固定在绝缘的米尺上 并在金属丝上夹上一个小金属夹 金属夹可在金属丝上移动 请根据现有器材 设计实验电路 并连接电路实物图甲 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 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 4 他们使用螺旋测微器测量金属丝的直径 示数如图所示 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 尝试解答 根据题给的器材可将电流表 金属丝 电阻箱与开关串联后接在稳压电源上如图所示 设电源内阻为r 电阻箱读数为r 金属丝接入电路部分电阻为rx 由闭合电路欧姆定律得e i r r rx 由电阻定律rx l s联立解得e i r r l s 变形得1 i l es r r e 答案 1 电路图和实物连线图如上图所示 2 改变金属丝上金属夹的位置 3 10 5 10 5 10 6都对 金属丝接入长度为0时全电路 4 0 200mm 0 198 0 202mm都对 金属丝的电阻率9 89 10 7 m 9 89 10 7 m 9 98 10 7 m都对 题型二电阻的测量方法的迁移例2 2011 福建古田一中期中 a 某同学用螺旋测微器测量小零件的厚度时 螺旋测微器上的示数如右图所示 则小零件的厚度为 cm b 用伏安法测电阻时 由于电压表 电流表内阻的影响 测量结果总存在系统误差 按如右图所示的电路进行测量 可以消除这种系统误差 1 该实验的第一步是 闭合电键s1 将电键s2接2 调节滑动变阻器rp和r 使电压表读数尽量接近满量程 读出这时电压表和电流表的示数u1 i1 请你接着写出第二步 并说明需要记录的数据 2 由以上记录数据计算被测电阻rx的表达式是rx 其它电阻测量方法方法1 利用比较法测电阻对于一些阻值很大 或很小 的电阻 用伏安法直接测量有困难时 可以采用与电压表 或电流表 内阻进行比较的方法来测量电阻 其原理是 串联电路电压与电阻成正比 并联电路电流与电阻成反比 1 串联比较 常见电路有如图甲 乙所示的两种 在这两个电路中 如果已知电压表v1或电流表a1和a2的内阻可以求出rx的阻值 如果将rx换为已知电阻 则可以测量电压表v1或电流表a1的内阻 电流表a2的内阻已知 2 并联比较 常见电路有如图丙 丁所示两种 在这两个电路中 如果已知电流表a2或电压表v1和v2的内阻可以求出rx的阻值 如果将rx换为已知电阻 则可以测量电流表a2或电压表v2的内阻 电压表v1的内阻已知 方法2 利用等效替代法测电阻在特定情况下 如果一个未知电阻在电路中所产生的效果与一个已知电阻相同 则可认为这两个电阻的阻值相等 为了使已知电阻能与未知电阻产生相同的效果 阻值相同 一般用电阻箱作为已知电阻 用等效替代法测电阻时为了能够在未知电阻与电阻箱之间切换 一般要用到单刀双掷开关 有时用两个单刀开关 因此 在题目提供的器材中 如果有单刀双掷开关 或两个单刀开关 以及电阻箱时 应优先考虑用等效替代法 对应学生用书p132 1 2011 江西吉安调研 如下图所示 游标卡尺的示数为 cm 螺旋测微器的示数为 mm 解析 先按 mm 读出再进行单位换算 答案 0 223 290 2 在 测定金属的电阻率 实验中 以下操作中错误的是 a 用米尺量出金属丝的全长三次 算出其平均值b 用螺旋测微器在金属丝三个不同部位各测量一次直径 算出其平均值c 用伏安法测电阻时采用电流表内接线路 多次测量后算出其平均值d 实验中应保持金属丝的温度不变 解析 因 测定金属的电阻率 实验中 所用电阻一般为几欧姆 电压表一般用0 3v挡 内阻几千欧 电流表0 0 6a挡 内阻零点几欧姆 所以测电阻时应采用电流表外接线路 选项c是错误的 用米尺测量的是接入电路部分金属丝长度 而不是金属丝全长 选项a错误 答案 ac 3 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300 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中甲和乙给出 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 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 780 在780 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 因电阻值介于两测量值之间远大于电流表内阻 故用内接法较为准确 答案 1 1060 40 780 40 2 甲电路如下图所示 4 2011 山东潍坊五校期中联考 用以下器材测量待测电阻rx的阻值 待测电阻rx 阻值约为100 电源e 电动势约为6 0v 内阻忽略不计 电流表1 量程50ma 内阻r1 20 电流表2 量程300ma 内阻r2约为4 定值电阻r0 阻值为20 滑动变阻器r 最大阻值为10 单刀单掷开关s 导线若干 测量电阻rx的电路图如右图所示 1 电路图中的电流表a1应该选择电流表 填 1 或 2 开关s闭合前 滑动变阻器r滑片应该移到 端 填 a b 或 无要求 2 若某次测量中电流表a1的示数为i1 电流表a2的示数为i2 则由已知量和测得量表示rx的表达式为rx 5 某同学想要了解导线在质量相同时 电阻与截面积的关系 选取了材料相同 质量相等的5卷导线 进行了如下实验 1 用螺旋测微器测量某一导线的直径如图所示 读得直径d mm 2 该同学经实验测量及相关计算得到如下数据 请你根据以上数据判断 该种导线的电阻r与截面积s是否满足反比关系 若满足反比关系 请说明理由 若不满足 请写出r与s应满足的关系 3 若导线的电阻率 5 1 10 7 m 则表中阻值为3 1 的导线长度l m 结果保留两位有效数字 答案 1 1 200 2 不满足 r与s2成反比 或rs2 常量 3 19 6 为了粗略测定量程为3v时电压表的内阻 实验室中备有下列器材 a 待测电压表v 量程3v 内阻约为2 5k 量程为15v 内阻约为12k b 电阻箱 最大电阻为9999 9 c 电阻箱 最大电阻为999 9 d 滑动变阻器 最大电阻20k e 滑动变阻器 最大电阻50 f 电源eg 开关h 导线若干 测量时 给定电路图如图所示 实验步骤如下 1 根据给定的电路图 电阻箱应选择 滑动变阻器应选择 填对应器材前的字母 2 按给定电路图 所用的器材如下图所示 画线连成测量电路 3 实验时 先闭合开关s1和s2 调节 的阻值 使电压表示数达到满偏值u 再断开开关s2 调节 的阻值 使电压表的示数减为u 2 此时r2的阻值就等于电压表的内阻 4 考虑到实验的真实情况 电压表内阻的测量值比真实值偏 解析 要选择电阻箱 根据实验原理 电阻箱的示数应该跟电压表内阻差不多 现在已经知道待测电压表的内阻约为2 5k 所以电阻箱c不能满足条件 电阻箱应选择b 采用分压接法的滑动变阻器阻值越小 接入电阻箱对整个电路中的总电阻的影响越小 所以选滑动变阻器时选择e 当接入电阻箱后 整个电路的电阻增大 电压表和电阻箱两端的电压大于没有接入电阻箱时两端的电压 要想电压表半偏 则电阻箱分压要比电压表大 所以测量值比真实值偏大 答案 1 be 2 如下图所示 3 r1r2 4 大 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所示 则示数为 3 某同学将合金丝接在电动势e 2 0v的电源上 通过改变合金丝的长度l测得流过导线的电流的倒数如下表所示 请在右图中绘出电流的倒数与