11.3　实验2　金属丝电阻率的测量（导学案-原卷版）

PAGE1§11-3实验：导体电阻率的测量实验2金属丝电阻率的测量一、学习目标1.掌握测量金属丝电阻率的实验原理和方法.2.了解伏安法测电阻的思路及实验数据的处理方法．二、学习过程【知识点】1．实验原理(1)把金属丝接入电路中，用伏安法测金属丝的电阻R(R＝eq\f(U,I))。电路原理图如图所示。(2)用毫米刻度尺测出金属丝的长度l，用螺旋测微器测出金属丝的直径d，算出横截面积S(S＝eq\f(πd2,4))。(3)由电阻定律R＝ρeq\f(l,S)，得ρ＝eq\f(RS,l)＝eq\f(πd2R,4l)＝eq\f(πd2U,4lI)，求出电阻率。2．实验器材螺旋测微器、毫米刻度尺、电压表、电流表、开关及导线、被测金属丝、电池、滑动变阻器。3．实验步骤(1)测直径：用螺旋测微器在被测金属丝上三个不同位置各测一次直径，并记录。(2)连电路：按如图所示的电路图连接实验电路。(3)电阻丝有效长度的测量：电阻丝长度的测量工具应选用刻度尺。需要注意，在测量电阻丝的长度时，测量的并不是电阻丝的总长度，而是接入电路的有效长度l。反复测量多次，得到有效长度的平均值。(4)电阻的测量：按实验电路图连接实物电路。改变滑动变阻器滑片的位置，读取多组电压、电流值，通过U－I图像求得电阻R。4．数据处理电阻R的数值可用以下两种方法确定：(1)计算法：利用每次测量的U、I值分别计算出电阻，再求出电阻的平均值作为测量结果。(2)图像法：可建立I－U坐标系，将测量的U、I值描点作出图像，利用图像的斜率的倒数来求出电阻值R。5．实验注意事项(1)因一般金属丝电阻较小，为了减少实验的系统误差，必须选择电流表外接法。(2)本实验若用限流式接法，在接通电源之前应将滑动变阻器调到阻值最大状态。(3)测量l时应测接入电路的金属丝的有效长度(即两接线柱之间的长度，且金属丝伸直)；在金属丝的3个不同位置上用螺旋测微器测量直径d。(4)电流不宜过大(电流表用0～0.6A量程)，通电时间不宜太长，以免电阻率因温度升高而变化。三、典例（一）实验原理和操作例题1、一导电材料细而均匀，截面为圆柱体，电阻约为1kΩ，某同学想用伏安法更精确地测量其电阻Rx，现有的器材及代号和规格如下：A．电流表A（量程0~3mA，内阻约30Ω）B．电压表A（量程0~3V，内阻约5kΩ）C．滑动变阻器R1（阻值范围0~15Ω，允许通过的最大电流2A）D．滑动变阻器R2（阻值范围0~15kΩ，允许通过的最大电流0.5A）E.直流电源E：（电动势为3V，内阻不计）F.待测圆柱体电阻RG.开关S，导线若干（1）用游标卡尺测得该样品的长度如图所示，其示数L=________cm，用螺旋测微器测得该样品的外直径如图所示，其示数d=________mm；（2）该选用的滑动变阻器为________（只填器材的字母代号）；（3）为使实验误差较小，要求便于调节且测得多组数据进行分析，在框中画出测量的的实验电路图，并标明所选择器材的符号______；（4）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，则该材料的电阻率为ρ=____（用测出的物理量符号表示）。（二）实验数据处理例题2、某学校课题研究小组为了撰写关于未知材料电阻率的研究报告，设计了一个测量电阻率（被测电阻丝的阻值约为25Ω）的实验方案，可提供的器材有：A．电流表G，内阻，满偏电流B．电流表A，内阻约为0.2Ω，量程为0~0.6AC．电阻箱（0~9999Ω，额定电流为0.5A）D．滑动变阻器R（最大阻值为5Ω，额定电流为1A）E.干电池组（电动势为3V，内阻为0.05Ω）F.一个开关和导线若干，刻度尺、螺旋测微器。进行了以下操作：（1）把电流表G与电阻箱串联改装成电压表使用，最大测量电压为3V，则电阻箱的阻值应调为____________Ω（2）请用改造完的电压表设计一个测量电阻率的实验电路，根据提供的器材和实验需要，请将图中电路图补画完整__________；（3）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：次数12345670.100.300.701.001.501.702.300.0200.0600.1600.2200.3400.4600.520这个小组的同学在坐标纸上建立、I坐标系，如图所示，图中已标出了与测量数据对应的4个坐标点。请在图中标出第2、4、6次测量数据的坐标点，并描绘出图线__________。由图线得到金属丝的阻值。同学们测出金属丝直径约为1.0，接入电路部分的长度约为50.根据以上数据可以估算出该未知材料的电阻率约为___________。（，结果保留两位有效数字）（三）实验拓展与创新例题3、国标(GB/T)规定自来水在15℃时电阻率应大于13Ω·m。某同学利用图甲电路测量15℃自来水的电阻率，其中内径均匀的圆柱形玻璃管侧壁连接一细管，细管上加有阀门K以控制管内自来水的水量，玻璃管两端接有导电活塞(活塞电阻可忽略)，右活塞固定，左活塞可自由移动。实验器材还有：电源(电动势约为3V，内阻可忽略)；电压表V1(量程为3V，内阻很大)；电压表V2(量程为3V，内阻很大)；定值电阻R1(阻值4kΩ)；定值电阻R2(阻值2kΩ)；电阻箱R(最大阻值9999Ω)；单刀双掷开关S；导线若干；游标卡尺；刻度尺。实验步骤如下：A．用游标卡尺测量玻璃管的内径d；B．向玻璃管内注满自来水，并用刻度尺测量水柱长度L；C．把S拨到1位置，记录电压表V1示数；D．把S拨到2位置，调整电阻箱阻值，使电压表V2示数与电压表V1示数相同，记录电阻箱的阻值R；E．改变玻璃管内水柱长度，重复实验步骤C、D，记录每一次水柱长度L和电阻箱阻值R；F．断开S，整理好器材。(1)测玻璃管内径d时游标卡尺示数如图乙，则d＝________mm；(2)玻璃管内水柱的电阻值Rx的表达式为：Rx＝________(用R1、R2、R表示)；(3)利用记录的多组水柱长度L和对应的电阻箱阻值R的数据，绘制出如图丙所示的R－eq\f(1,L)关系图像。则自来水的电阻率ρ＝________Ω·m(保留2位有效数字)；(4)本实验中若电压表V1内阻不是很大，则自来水电阻率测量结果将________(选填“偏大”“不变”或“偏小”)。§11-3实验2金属丝电阻率的测量作业班级：学号：姓名：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5Ω。实验室备有下列实验器材：A．电压表V1（量程3V，内阻约为15kΩ）B．电压表V2（量程15V，内阻约为75kΩ）C．电流表A1（量程3A，内阻约为0.2Ω）D．电流表A2（量程600mA，内阻约为1Ω）E.变阻器R1（0~100Ω，0.3A）F.变阻器R2（0~2000Ω，0.1A）G.电池E（电动势为3V，内阻约为0.3Ω）H.开关S，导线若干（1）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____________。（用器材前的字母表示即可）（2）为了减小实验误差，应选用图中______（选填“a”或“b”）为该实验的电路图。2．在《测定金属丝电阻率》的实验中，需要测出其长度L、直径d和电阻R。用螺旋测微器测金属丝直径时读数如图A，则金属丝的直径为___________mm。若用B图测金属丝的电阻，可知电路采用了电流表___________（填“内”或“外”）接法和滑动变阻器的___________（填“分压”或“限流”接法，实验测量结果将比真实值___________（填“偏大”或“偏小”）。3．在“测定金属的电阻率”的实验中，待测金属丝的电阻R约为5Ω，实验室备有下列实验器材：A．电压表V1（量程0~3V，内阻约为15kΩ）；B．电压表V2（量程0~15V，内阻约为75kΩ）；C．电流表A1（量程0~3A，内阻约为0.2Ω）；D．电流表A2（量程0~0.6A，内阻约为1Ω）；E.滑动变阻器R1（0~10Ω，0.6A）；F.滑动变阻器R2（0~2000Ω，0.1A）；G.电池组E（电动势为3V）；H.开关S，导线若干。（1）为减小实验误差，电压表应选___________，电流表应选___________，滑动变阻器应选___________（填器材前面的序号）。（2）为减小实验误差，应选用如图中___________（选填“甲”或“乙”）为该实验的电路原理图，并按所选择的电路原理图把如图丙中的实物图用线连接起来。___________（3）若用毫米刻度尺测得金属丝长度为60.00cm，用螺旋测微器测得金属丝的直径及两电表的示数如下图所示，则金属丝的直径为___________mm，电压为___________V，电流为___________A。（4）由于实验电路造成的误差，会使实验测量出的ρ___________材料真实的ρ0（选填“大于”“等于”或“小于”）。4．某校、两个兴趣小组想探究盐水的电阻率，首先测量圆柱形空笔芯的内径，然后空笔芯装入配置好的盐水，并把它用两导电活塞（活塞电阻可忽略）塞好，有一端活塞可以自由移动，当活塞移动改变管内盐水柱长度时，可用针管注射器配合增减笔芯内盐水，保证管内没有气泡。（1）为了提高测量精度，测量圆柱形空笔芯的内径时，应该优选以下哪种测量工具___________。A．最小分度值的刻度尺B．能精确到的游标卡尺C．能精确到的螺旋测微器（2）、两个兴趣小组分别利用实验电路图甲进行实验①组方案主要步骤如下：a.闭合开关，单刀双掷开关扳到“1”位置，调节电阻箱，使电流表为某一适当的读数，测量并记下空笔芯里盐水的长度；b.保持不变，开关扳到“2”位置，调节使得电流计读数为___________时，的读数即为长度为的盐水的阻值；c.改变笔芯管内盐水柱长度，重复实验步骤a、b，记录每一次盐水柱长度和电阻箱阻值，画出的图线如图乙所示的___________（填“Ⅰ线”或“Ⅱ线”），根据测得的空笔芯内径和该图像中标注的有关字母，可得盐水的电阻率的表达式为___________。②组方案主要步骤如下：a.闭合开关，单刀双掷开关扳到“1”位置，调节电阻箱，使电流表为某一适当的读数，测量并记下空笔芯里盐水的长度和电阻箱的读数；b.开关始终扳到“1”位置，改变笔芯管内盐水柱长度，调节使得电流计读数为时，记录每一次盐水柱长度和电阻箱阻值，画出的图线如图乙另一条直线；c.该小组根据测得的空笔芯内径和该图像中标注的有关字母，可得盐水的电阻率表达式为_______。（3）因为本实验电流表不是理想电流表，对、两组方案电阻率的测量结果________。A．仅组有影响B．仅组有影响C．两组均有影响D．两组均无影响5．在“测定金属的电阻率”实验中，所用测量仪器均已校准。已知电阻丝接入电路部分的长度l约为50cm。（1）如图甲所示，螺旋测微器测得金属丝直径___________mm。（2）用伏安法测金属丝的电阻，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3）、滑动变阻器R（0~20，额定电流2A）、开关、导线若干。如图丙是测量的实验器材实物图，图中已连接了部分导线，滑动变阻器的滑片P置于变阻器的左端。请根据图乙所示的电路图，补充完成图丙中实物间的连线，并使闭合开关的瞬间，电压表或电流表不至于被烧坏___________。（3）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：次数1234567U/V0.100.300.701.001.501.702.30I/A0.0200.0600.1600.220