2014版物理一轮精品复习学案：实验七-测定金属的电阻率(选修3-1)

1、第 1 页 共 10 页实验七 测定金属的电阻率【考纲全景透析】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. 2.掌握螺旋测微器的使用方法和读数方法. 3.学会利用伏安法测电阻，进一步测出金属丝的电阻率. 二、实验原理由 r=得 =因此，只要测出金属丝的长度l，横截面积s 和金属丝的电阻r，即可求出金属丝的电阻率. (1) 把金属丝接入电路中，用伏安法测金属丝的电阻r (r= ).电路原理如下图. (2)用毫米刻度尺测量金属丝的长度l，用螺旋测微器量得金属丝的直径，算出横截面积s. (3)将测量的数据代入公式 =求金属丝的电阻率. 【螺旋测微器、游标卡尺的使用】1.螺旋测微器的构

2、造原理及读数(1)螺旋测微器的构造如下图是常用的螺旋测微器.它的测砧a 和固定刻度s 固定在尺架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0.5 mm，即旋钮k 每旋转一周， p 前进或后退0.5 mm，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0.01 mm，即螺旋测微器的精确度为 0.01 mm.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. (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 (mm)

3、= 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) 如下图， 固定刻度示数为2.0 mm，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： 2.0 mm+15.00.01 mm=2.150 mm. 2.游标卡尺 (如图 ) (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,尺身上还有一第 2 页 共 10 页个紧固螺钉 . (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

4、样多的小等分刻度少1 mm.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：假设用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. 【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(1)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，假设rx较小，宜采用电流表外接法；假设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”. 第 3 页 共 10 页(2)临界值计算法rx 时，用电流表内接法 . (3)实验试探法：按图

5、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. 三、实验器材被测金属丝、螺旋测微器、毫米刻度尺、电池组、电流表、电压表、滑动变阻器、开关、导线假设干. 【热点难点全析】一、实验步骤 1. 直径测定： 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. 电路连接： 按如下图的原理电路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导线的有效长

6、度，反复测量3 次，求出其平均值l. 4.u、 i 测量： 把滑动变阻器的滑动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 ，改变滑动变阻器滑动片的位置，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. 拆去实验线路，整理好实验器材. 【例 1】(2011 江门模拟 ) 在“测定金属的电阻率”的实验中，用螺旋测微器测量金属丝直径时的刻度位置如下图，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. 第 4 页 共 10 页(1) 从图中读出金属丝的直径为_mm.

7、(2) 为此取来两节新的干电池、电键和假设干导线及以下器材：a.电压表 03 v ，内阻 10 k b.电压表 015 v ，内阻 50 k c.电流表 00.6 a ，内阻 0.05 d.电流表 03 a ，内阻 0.01 e.滑动变阻器，010 f. 滑动变阻器，0100 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下图，请指出该同学实物接线中的两处明显错误. 错误 1_ 错误 2_ 【答案】 (1)0.680(或 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二、数据

8、处理 1.在求 rx的平均值时可用两种方法 (1)用 rx=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rx、l 、d 的值代入电阻率计算式 = 3.误差分析1金属丝的横截面积是利用直径计算而得，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. 4.注意事项1本实验中被测金属导线的电阻值较小，因此实验电路一般采用电流表外接法.

9、 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待测导线长度，测量时应将导线拉直, 反复测量三次，求其平均值. 4测金属导线直径一定要选三个不同部位进行测量，求其平均值. 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. 第 5 页 共 10 页6在用伏安法测电阻时，通过待测导线的电流强度i 不宜过大 ( 电流表用00.6 a 量程 ) ，通电时间不宜过长，以免金属导

10、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的平均值时可用两种方法：第一种是用r=u/i 算出各次的测量值，再取平均值；第二种是用图象 (u-i图线 ) 来求出 . 假设采用图象法，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. 【高考零距离】【2012 年】1. 2012 广东1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。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15a和图15b所示，长度为_cm，直径为 _mm 。按图 15c链接电路后，实验操作如下：a将滑

11、动变阻器r1的阻值置于最 _处填“大”或“小”；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_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；由此可知，圆柱体的电阻为_。【答案】1 5.01 5.315 a大b大1280 【详解】1游标卡尺的读数步骤如下. 首先，确定游标卡尺的精度为10 分度，即为0.1mm ，然后以毫米为单位从主尺上读出整毫米数50.0mm ，注意小数点后的有效数字要与精度一样，再从游标尺上找出对齐的一根刻线，精度格数 =0.11mm=0.1mm ，最后两者相加，根据题目单

12、位要求换算为需要的数据，50.0mm+0.1mm=50.1mm=5.01cm ；螺旋测微器的读数步骤如下. 首先，确定从主尺读出毫米数为5.000mm ，可动刻度与主尺对齐个数为31.5 格 ， 读数为 0.315mm ， 则螺旋测微器读数为5.000mm+0.315mm=5.315mm 为保护电路每次实验前均应调节r1至最大值，两次实验电流表读数一致，则两电阻相等，未知电阻阻值为1280。2. 2012 北京 21. 18 分在“测定金属的电阻率”实验中，所用测量仪器均已校准，待侧金属丝接入电路部分的长度约为50cm。(1) 用螺旋测微器测量金属丝的直径，其中某一次测量结果如图1 所示，其读

13、数应为 mm(该值拉近多次测量的平均值 。图 1 第 6 页 共 10 页(2) 用伏安法测金属丝的电阻rx。实验所用器材为：电池组 电动势3v，内阻约 1 、电流表 内阻约0.1 、电压表内阻约3k 、滑动变阻器r020，额定电流2 a 、开关、导线假设干。某小组同学利用以上器材正确连接好电路，进行实验测量，记录数据如下：由以上实验数据可知，他们测量rx是采用图2 中的图选填“甲”或“乙” 。（3）图 3 是测量rx的实验器材实物图，图中已连接了部分导线，滑动变阻器的滑片p置于变阻器的一端。请根据 2所选的电路图，补充完成图3 中实物间的连线，并使闭合开关的瞬间，电压表或电流表不至于被烧坏。

14、4这个小组的同学在坐标纸上建立u、i坐标系，如图4 所示，图中已标出了与测量数据对应的4 个坐标点。请在图4 中标出第2、4、6 次测量数据的坐标点，并描绘出u-i图线。由图线得到金属丝的阻值= 保留两位有效数字。5根据以上数据可以估算出金属丝电阻率约为填选项前的符号 。a.1 10-2 m b. 110-3 m c. 110-6 m d. 110-8 m 6任何实验测量都存在误差。本实验所用测量仪器均已校准，以下关于误差的说法中正确的选项是有多个正确选项 。a.用螺旋测微器测量金属丝直径时，由于读数引起的误差属于系统误差b.由于电流表和电压表内阻引起的误差属于偶然误差c.假设将电流表和电压表

15、的内阻计算在内，可以消除由测量仪器引起的系统误差d.用u-i图像处理数据求金属丝电阻可以减小偶然误差【 详 解 】 1 0.397 解 析 ： 固 定 刻 度 读 数 为0， 可 动 刻 度 读 数 为39.7 ， 所 测 长 度 为0+39.7 0.01=0.397mm.(0.3950.399) 。2 解析： 由记录数据根据欧姆定律可知金属丝的电阻rx约 5。 则有501 .05axrr，60053000 xvrr比较 rx 为小电阻应该采用外接法测量误差小。由3知是用伏安特性曲线来测量电阻的，就要求电压次数1 2 3 4 5 6 7 u/v 0.10 0.30 0.70 1.00 1.50

16、 1.70 2.30 i/a 0.020 0.060 0.160 0.220 0.340 0.460 0.520 p rx 图 3 v a r s rxr s 图 2 乙甲v a rx0 i/ a 图 4 u/ v 0.5 1.5 2.5 2.0 1.0 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 第 7 页 共 10 页电流从接近0 开始调节，所以应该采用分压接法甲。3解析：注意连图时连线起点和终点在接线柱上并且不能交叉，结合2可知应该连接成外接分压接法甲那么在连线时断开开关且使rx两端的电压为0。先连外接法线1再连分压法线2 和 3 ，此时滑片p必须置于变阻器的左端。4.5

17、 4解析：描绘出第2、 4、6 三个点后可见第6 次测量数据的坐标点误差太大舍去，然后作出u-i 图线。其中第 4 次测量数据的坐标点在描绘出的u-i 图线上，有5.4220. 000.1xr(4.3 4.7) 。5c解析：根据电阻定律slrx有662105.45 .010397.014.35.4lsrx m ，估算出的金属丝电阻率是c。6 c d 解析：用螺旋测微器测量金属丝直径时，由于读数引起的误差属于偶然误差；由于电流表和电压表内阻引起的误差属于系统误差。答案c d。【考点提升训练】1.某同学做 “ 测定金属电阻率” 的实验(1)需要通过实验直接测量的物理量有：_ _( 写出名称和符号)

18、(2)这位同学在一次测量时，电流表、电压表的示数如下图由图中电流表、电压表的读数可计算出金属丝的电阻为_ .【详解】(1)由 rls、rui得 ud24il.需要直接测量的物理量有u、 i、l、 d. (2)电压表读数是2.40 v，电流表读数是0.46 a，电阻 rui2.400.46 5.22 .【答案】(1)加在金属丝两端的电压u，通过金属丝的电流i，金属丝的长度l，金属丝的直径 d(2)5.22 第 8 页 共 10 页3(2012 广东江门模拟)在 “ 测定金属的电阻率” 的实验中， 用螺旋测微器测量金属丝直径时的刻度位置如下图，用米尺测出金属丝的长度l，金属丝的电阻大约为5 ，先用

19、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图(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、电键和假设干导线及以下器材：a电压表03 v，内阻 10 k b电压表015 v，内阻 50 k c电流表00.6 a，内阻 0.05 d电流表03 a，内阻 0.01 e滑动变阻器，010 f滑动变阻器，0100 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7323 所示，请指出该同学实物接线中的两处明显错误图错误 1：_ 错误 2：_ (3)假设测得金属丝的直径用d 表示，电阻用r 表示

20、，则该金属材料的电阻率 _. 【详解】 (1)从螺旋测微器的固定刻度上可以看出，半毫米刻度线已经露出来，因此主尺上应读0.5 mm，可动刻度上接近第18 个刻度线， 可以估读 0.180 mm( 或 0.179 mm)，所以该金属丝直径应为0.5 mm0.180 mm(或 0.179 mm)0.680 mm(或 0.679 mm)(2)由电路图知电源是两节干电池，电动势是3 v， 用 3 v 量程的电压表a； 因为电阻丝的电阻大约为5 ，如果把 3 v 的电动势全加在电阻丝上，电流才是0.6 a，因此用量程是0.6 a 的电流表 c；此题中金属丝的电阻大约为5 ，为了减小实验误差，应选10 的

21、滑动变阻器e.(3)由 rls可得： rd24 l. 【答案】 (1)0.680( 或 0.679)(2) ace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(3) rd24 l第 9 页 共 10 页4某同学在做自来水电阻率的测定课题时，先在一根均匀的长玻璃管两端各装了一个电极，两电极相距 l0.700 m，其间充满待测的自来水，器材如下：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 (100 ，1 a)、电池组(电动势 e12 v，内阻 r6 )、单刀单掷开关一个、导线假设干表中是他测量通过管中自来水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，结果如下图u/a1.03.05.07.09.011.0 i/ a2265109155190240 根据以上材料请答复下面的问题：(1)玻璃管内径d 的测量值为 _cm；(2)