2015届高考物理一轮总复习实验测定金属的电阻率课件新人教版

实验测定金属的电阻率,【实验目的】1.掌握螺旋测微器的原理及读数方法。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，并能测定金属的电阻率。,【实验原理】1.螺旋测微器（1）构造：如图,S为固定刻度，H为可动刻度。（2）原理：可动刻度H上的刻度为50等份，则螺旋测微器的精确度为0.01mm。,（3）读数：测量时被测物体长度的半毫米数由固定刻度读出，不足半毫米部分由可动刻度读出。测量值（mm）=固定刻度数（mm）（注意半毫米刻度线是否露出）+可动刻度数（估读一位）0.01（mm）。如图所示，固定刻度示数为2.0mm，而从可动刻度上读的示数为15.0，最后的读数为2.0mm+15.00.01mm=2.150mm。,2.伏安法测电阻（1）电流表的内接法和外接法的比较,（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。比值法:当时,用电流表外接法;当时,用电流表内接法。,实验试探法：按如图所示接好电路，让电压表一根接线柱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。,3.电阻率的测定原理(1)把金属丝接入电路中，用伏安法测金属丝的电阻，电路原理如图所示。(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(3)根据电阻定律得金属丝电阻率,【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（阻值范围050）、电池组、开关、被测金属丝、导线若干。,【实验过程】一、实验步骤1.直径测定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，计算出金属丝的横截面积,2.电路连接按如图所示的电路原理图连接好用伏安法测电阻的实验电路。,3.长度测量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。,4.U、I测量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，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，记入表格内，断开开关S。5.拆除实验线路，整理好实验器材。,二、数据处理1.在求Rx的平均值时可用两种方法（1）用分别算出各次的数值，再取平均值。(2)用U-I图线的斜率求出。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,【误差分析】1.金属丝的横截面积是利用直径计算而得的，直径的测量是产生误差的主要来源之一。2.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。3.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。4.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。,【注意事项】1.螺旋测微器的使用(1)测量前必须校对零点:先使测砧A与测微螺杆P并拢,观察可动刻度的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,用存放在螺旋测微器盒中的工具调节,直到完全重合为止。,(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,当听到“咔、咔”声后,停止转动,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。(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。,2.测定金属的电阻率(1)为了方便,测量直径应在金属丝连入电路前进行,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,测量待测金属丝接入电路的两个端点之间的长度。(2)本实验中被测金属丝的电阻值较小，故应采用电流表外接法。(3)开关S闭合前，滑动变阻器的阻值要调到最大。,(4)电流不宜太大（电流表用00.6A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。(5)实验连线时,应先从电源的正极出发，依次将开关、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。,【实验改进】替代法测电阻,1.实验原理用电阻箱替代待测电阻,按如图所示连接好电路,调节电阻箱,使两次电流表示数相等,则电阻箱的示数就等于待测电阻的阻值。2.本方案的优缺点（1）优点：电路结构简单,调节方便,便于读数,同时可以避免因电表的内阻产生的系统误差。（2）缺点:由于电阻箱不能连续调节,从而导致测量值与真实值之间存在误差。,热点1仪器的选择和电路的设计【典例1】(2014福州模拟)在测定一根粗细均匀的合金丝Rx的电阻率的实验中。(1)利用螺旋测微器测定合金丝的直径,示数如图所示,则合金丝的直径为mm。,(2)待测合金丝Rx的电阻约为10。实验室提供的器材有:A.电压表V(量程为3V,内阻约为10k)B.电流表A1(量程为0.6A,内阻约为3)C.电流表A2(量程为3A,内阻约为0.1)D.滑动变阻器R(最大阻值约为5,额定电流为2A)E.学生电源E(电动势为6V,内阻不计)F.开关一个,导线若干要求较准确地测量出合金丝Rx的阻值,请在虚线框内画出实验电路图(注明选择的电流表)。,(3)若用L表示合金丝的长度,d表示直径,测得电阻为R,写出合金丝的电阻率的表达式为。,【标准解答】(1)螺旋测微器的固定刻度读数为0.5mm,可动刻度读数为0.0123.0mm=0.230mm,所以最终读数为固定刻度读数+可动刻度读数=0.5mm+0.230mm=0.730mm。(2)待测电阻的阻值较小,电流表应采用外接法;滑动变阻器的阻值较小,宜采用分压式接法;由于电源电动势为6V,故电路中的最大电流约为0.6A,电流表应选A1,测量读数较准确,电路如图所示。,(3)由电阻定律知故答案：(1)0.730(2)见标准解答(3),热点2“替代法”对电阻的测量【典例2】(2012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量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:(a)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；（b）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;(c)由此可知，圆柱体的电阻为_。,【标准解答】(1)游标卡尺的读数为l=(50+0.11)mm=50.1mm=5.01cm。螺旋测微器的读数为d=(5+31.50.01)mm=5.315mm。(2)电学实验的设计要遵循科学性原则、安全性原则和准确性原则。此电路中滑动变阻器是以限流方式接入电路中的，故在（a）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（b）步骤中亦将电阻箱R2的阻值调至最大。,（a）步骤中，由闭合电路欧姆定律得其中R表示圆柱体的电阻。（b）步骤中，仍由闭合电路欧姆定律得由等量代换可得RR21280。答案:(1)5.015.315(2)(a)大(b)大(c)1280,1.在“测定金属的电阻率”的实验中，待测金属导线的电阻Rx约为5。实验室备有下列实验器材：A.电压表V1（量程3V，内阻约为15k）B.电压表V2（量程15V，内阻约为75k）C.电流表A1（量程3A，内阻约为0.2）D.电流表A2（量程600mA，内阻约为1）E.变阻器R1（0100，0.3A）F.变阻器R2（02000，0.1A）G.电池E（电动势为3V，内阻约为0.3）H.开关S，导线若干,（1）为了提高实验精确度，减小实验误差，应选用的实验器材有_。（2）为了减小实验误差，应选用图甲中_（选填“a”或“b”）为该实验的电路图，并按所选择的电路图把实物图乙用导线连接起来。,【解析】（1）由电池E决定了电压表选V1;结合Rx粗略计算电流在600mA内，故选A2;由Rx约为5确定变阻器选R1，故应选器材有A、D、E、G、H。（2）因A2的内阻不能满足远小于Rx，电流表应外接，故选图b。实物连接如图所示。答案：（1）A、D、E、G、H（2）b实物图连接见解析,2.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=5.110-7m,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）。,【解析】（1）螺旋测微器读数要严格按步骤读取,读数为(1+20.00.01)mm=1.200mm。(2)由数据可得：R与S不成反比，R与S2成反比（或RS2=恒量）。（3）根据电阻定律公式所以答案：（1）1.200（2）不满足，R与S2成反比（或RS2=恒量）（3）19,3.(2014莆田模拟)为了测量一精密金属丝的电阻率:(1)如图,先用多用电表1挡初测其电阻为,然后用螺旋测微器测其直径为mm,游标卡尺测其长度是mm。,(2)除待测金属丝外,实验室还备有的实验器材如下:A.电压表V1(量程3V,内阻约为15k)B.电压表V2(量程15V,内阻约为75k)C.电流表A1(量程3A,内阻约为0.2)D.电流表A2(量程600mA,内阻约为1)E.滑动变阻器R1(05,0.6A)F.滑动变阻器R2(02000,0.1A)G.输出电压为3V的直流稳压电源EH.电阻箱I.开关S,导线若干,为了减小实验误差,需进一步测其电阻而采用伏安法,则上述器材中应选用的实验器材有(填代号)。请在方框内设计最合理的电路图并将实物连线。但用该电路所测得的电阻的测量值真实值(选填“大于”“等于”或“小于”)。如果金属丝直径为D,长度为L,所测电压为U,电流为I,写出计算电阻率的表达式。,【解析】(1)由图可知，电阻为6，直径为2.095mm，长度是36.2mm。(2)伏安法测电阻，即测电阻两端的电压和通过它的电流，应选用电源G，由于电压为3V，为减小测量误差，电压表选A，由可知，电流表应选A2。由于待测电阻为6，滑动变阻器应选E。待测电阻的阻值较小，电流表应选外接法，用该电路所测得的电阻的测量值小于真实值。滑动变阻器采用限流式接法，根据公式得=,答案：(1)62.09536.2(2)ADEGI小于,4.(2013安徽高考)(1)在测定一根粗细均匀合金丝电阻率的实验中,利用螺旋测微器测定合金丝直径的过程如图所示,校零时的读数为mm,合金丝的直径为mm。,(2)为了精确测量合金丝的电阻Rx,设计出如图甲所示的实验电路图,按照该电路图完成图乙中的实物电路连接。,【解析】(1)校零时的读数为(0+0.70.01)mm=0.007mm,测量时的读数为(0+0.5+14.50.01)mm=0.645mm,故合金丝的直径为(0.645-0.007)mm=0.638mm。(2)先从电源正极出发,经过电键,再经过滑动变阻器的下边两个接线柱,回到电源负极;再由滑动变阻器的右上接线柱经过电流表的正、负接线柱,连接并联的合金丝与电压表到电源的负极,如图所示:,答案:(1)0.0070.638(2)见解析图,5.如图所示是一些准备用来测量待测电阻Rx阻值的实验器材，器材及其规格列表如下,待测电阻Rx,电源E,电压表V1,电压表V2,电流表A,滑动变阻器R,为了能正常