高考物理一轮复习第十章恒定电流第3讲实验测定金属的电阻率实验描绘小灯泡的伏安特性曲线课件.ppt

1、第3讲实验：测定金属的电阻率实验：描绘小灯泡的伏安特性曲线,知识梳理 一、测定金属的电阻率 实验原理 实验方法伏安法,实验步骤 数据处理,二、描绘小灯泡的伏安特性曲线 实验原理 实验步骤 数据处理,1.为探究小灯泡L的伏安特性,连好图甲所示的电路后闭合开关,通过移动变阻器的滑片,使小灯泡中的电流由零开始逐渐增大,直到小灯泡正常发光,由电流表和电压表得到的多组读数描绘出的U-I图像应是图乙中的() 甲,乙,答案C小灯泡中的电流逐渐增大时其温度升高,导致电阻R增大。只有C选项对。,C,2.在“测定金属丝电阻率”实验中,若金属丝的电阻Rx约为3 ,为尽可能减小误差,要求金属丝发热功率 P0.75 W

2、。 (1)实验中用螺旋测微器测量导线直径时,可估读到0.001mm,用毫米刻度尺测量导线长度时,可估读到0.1mm。 (2)下述器材中应选用的是 ABDG 。(用字母代替) A.6 V电池组 B.电流表(00.6 A,内阻0.5 ) C.电流表(03 A,内阻0.01 ) D.电压表(03 V,内阻1 k) E.电压表(015 V,内阻5 k) F.滑动变阻器(0100 ,额定电流1 A),G.滑动变阻器(020 ,额定电流1 A),(3)在框内画出电路图。 (4)在下图中,将各器材连成实验电路。,答案(1)0.0010.1(2)ABDG (3)(4)图见解析,解析(1)螺旋测微器读数时可估读

3、到0.001 mm;毫米刻度尺读数时估读到分度值的下一位,即 0.1 mm。 (2)P0.75 W,Rx3 ,所以金属丝两端的电压应小于 V=1.5 V, 故电压表应选D;流过的电流应小于 A=0.5 A,故电流表应选B;滑 动变阻器从方便调节角度考虑选G;应选用6 V电池组A。 (3)如图所示,(4)如图所示,深化拓展,考点一螺旋测微器,考点二伏安法测电阻,考点三描绘伏安特性曲线应注意的事项,深化拓展 考点一螺旋测微器 1.构造 如图所示是常用的螺旋测微器。它的测砧A和固定刻度B固定在尺架C上。旋钮D、微调旋钮D 和可动刻度E、测微螺杆F连在一起,通过精密螺纹套在B上。,2.原理 测微螺杆F

4、与固定刻度B之间的精密螺纹的螺距为 0.5 mm,即旋钮D每旋转一周,F前进或后退0.5 mm,而可动刻度E上的刻度为50等份,每转动一小格,F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)=固定刻度读数(mm)(注意半毫米刻线是否露出)+可动刻度数(估读一位)0.01(mm)。螺旋测微器需要估读。,1-1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,示数如图所示。由图可读出l=2.25cm,d=6.

5、860mm。游标卡尺精确到0.1mm,螺旋测微器精确到0.01mm。,答案2.256.8600.1 mm0.01 mm,解析游标卡尺的读数为l=22 mm+0.15 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,可动刻度数估读一位,可动刻度读数为36.00.01 mm=0.360 mm,所以螺旋测微器的读数为d=6.5 mm+36.00.01 mm=6.860 mm。,1-2(1)用螺旋测微器测一金属丝的直径,示数如图甲所示。由图可读出金属丝的直径为1.555mm。 (2)现用50分度的游标卡尺的A(填图乙中的“A”或“B”)测量爪,

6、测定某圆筒的内径,游标卡尺的示数如图乙,可读出圆筒的内径为11.14mm。,甲 乙,答案(1)1.555 (2)A11.14,解析(1)螺旋测微器的精确度为 0.01 mm,固定刻度读数是1.5 mm,可动刻度数值是5.50.01 mm,则金属丝直径为1.5 mm+5.50.01 mm=1.555 mm。(2)使用内测量爪A测量圆筒内径,50分度游标卡尺精确度是0.02 mm,主尺读数是 11 mm,游标尺上第7格与主尺刻度对齐,内径为 11 mm+70.02 mm=11.14 mm。,考点二伏安法测电阻 1.两种电路的比较,2.伏安法测电阻的电路选择 (1)阻值比较法:先将待测电阻的估计值与

7、电压表、电流表的内阻进行比较,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。 (2)临界值计算法: Rx 时,用电流表内接法。,(3)实验试探法:按图接好电路,让电压表的接线端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;如果电流表示数有较大的变化,而电压表示数变化不大,可采用电流表内接法。,3.滑动变阻器的两种接法,4.常用电表的读数 对于电压表和电流表的读数问题,首先要弄清电表量程,即指针指到最大刻度时电表允许的最大电压或电流值,然后根据表盘总的刻度数确定精确度,按照指针的实际位置进行读数即可。 (1)03 V量程的

8、电压表和03 A量程的电流表读数方法相同,此量程下的精确度分别是0.1 V和0.1 A,看清楚指针的实际位置,读到小数点后面两位。 (2)对于015 V量程的电压表,精确度是0.5 V,在读数时只要求读到小数点后面一位,即读到0.1 V。 (3)对于00.6 A量程的电流表,精确度是0.02 A,在读数时只要求读到小数点后面两位,这时要求“半格估读”,即读到最小刻度的一半0.01 A。,2-12017北京朝阳二模,21(2)在“测定金属的电阻率”的实验中,小强同学先用多用电表粗测了一段粗细均匀的电阻丝的阻值(约为5 ),随后将其固定在带有刻度尺的木板上,准备进一步精确测量其电阻。现有电源(电动

9、势E为3.0 V,内阻不计)、开关和导线若干,以及下列器材: A.电流表(量程03 A,内阻约0.025 ) B.电流表(量程00.6 A,内阻约0.125 ) C.电压表(量程03 V,内阻约3 k) D.滑动变阻器(020 ,额定电流2 A) E.滑动变阻器(0100 ,额定电流1 A) 为减小误差,且便于操作,在实验中电流表应选B,滑动变阻器应选D(选填器材前的字母)。,如图甲所示,是测量该电阻丝电阻的实验器材的实物图,图中已连接了部分导线,还有两根导线没有连接,请补充完整。 甲 在开关闭合前,滑动变阻器的滑片应当调到最左(选填“左”或,“右”)端;闭合开关后,实验中电压表读数的最小值大

10、于零(选填“大于零”或“等于零”)。 若不计实验中的偶然误差,则下列说法正确的是BC。 A.测量值偏大,产生系统误差的主要原因是电流表分压 B.测量值偏小,产生系统误差的主要原因是电压表分流 C.若已知电压表的内阻,可计算出待测电阻的真实值 D.若已知电流表的内阻,可计算出待测电阻的真实值 小鹏同学仍用上述电源,也设计了一个实验,电路如图乙所示,R为保护电阻,已测出电阻丝的横截面积为S,用一个带有接线柱的小金属夹沿电阻丝滑动,可改变接入电路中电阻丝的长度L,实验中记录了几组不同长度L对应的电流I。他准备利用图像法处理数据来计算该电阻丝的电,阻率。,乙 请分析说明小鹏同学应该作出怎样的线性函数图

11、像,并定性画出该图像;请指出在本实验中电流表的内阻对该电阻丝电阻率的测量结果有无影响。,答案BD 如图所示 左大于零 BC,见解析,解析通过电阻丝的最大电流约为Im= A=0.6 A,为减小读数误 差,电流表应选B;为方便调节,滑动变阻器应选D。 本题中电压表内阻远大于待测电阻丝电阻,其分流作用可忽略,故选用电流表外接法可较准确测量电阻丝的阻值。 为保证实验电路安全,开关闭合前应使变阻器接入电路的阻值最大。由串联电路电压规律可知电压表读数的最小值不为零。 采用电流表外接法时,因电压表的分流作用将使电流表示数大于通过电阻丝的电流,故测量的电阻值将偏小,B项正确;若已知电压表内阻,则可准确计算出通

12、过电阻丝的电流,进而计算出待测电阻的真实值,故C项正确。,设电阻丝连入电路部分的电阻为Rx,电流表的内阻为RA 由闭合电路欧姆定律得E=I(Rx+R+RA) 由电阻定律得Rx= 则=+R+RA 进一步整理可得:=L+ 显然,随L线性变化,可见应该画-L图像。 图像如图所示。,该图像的斜率为k=,所以电阻率=ESk 由表达式可知,电流表的内阻RA只影响图像的截距而不影响图像的斜率,所以,电流表的内阻对该电阻丝电阻率的测量结果没有影响。,2-2(2012北京理综,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。待测金属丝接入电路部分的长度约为50 cm。 (1)用螺旋测微器测量金

13、属丝的直径,其中某一次测量结果如图1所示,其读数应为（0.3950.399）mm(该值接近多次测量的平均值)。 图1,(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3 V,内阻约1 )、电流表(内阻约0.1 )、电压表(内阻约3 k)、滑动变阻器R(020 ,额定电流2 A)、开关、导线若干。 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中的甲图(选填“甲”或“乙”)。 图2 (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

14、,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。,图3 (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 Rx=4.5（4.34.7）(保留两位有效数字)。 图4 (5)根据以上数据可以估算出金属丝电阻率约为C(填选项前的,符号)。 A.110-2 mB.110-3 m C.110-6 mD.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,下列关于误差的说法中正确的选项是CD(有多个正确选项)。 A.用螺旋测微器

15、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.若将电流表和电压表的内阻计算在内,可以消除由测量仪表引起的系统误差 D.用U-I图像处理数据求金属丝电阻可以减小偶然误差,答案(1)(0.3950.399)(2)甲 (3)如图(a)所示(4)如图(b)所示4.5(4.34.7)(5)C(6)CD (a),(b),解析(1)螺旋测微器的读数原则为主尺数+套筒刻度数精度=(0+39.70.01) mm=0.397 mm。 (2)由记录数据知,若采用乙图限流电路,则当U=0.10 V,I=0.020 A时,滑动变阻器须串入的电阻约为144 ,大于

16、滑动变阻器的最大阻值20 ,所以实验中滑动变阻器R应采用分压式连接,故他们采用甲图电路。 (3)实物连接图见答案,连线时要注意:电压表的正、负接线柱不要接反。 滑动变阻器中滑片P的位置应使最初Rx两端电压为零。 (4)U-I图线见答案。求出图线斜率即Rx的阻值。 (5)R=,则=R=R110-6 m。,(6)系统误差是实验原理、实验方法不完善、测量工具不精密等因素造成的误差。偶然误差是人为、环境等偶然因素造成的误差。故读数引起的误差属偶然误差,而电表的内阻引起的误差是系统误差,A、B选项错误;把电表内阻计算在内,完善了实验方案,可消除这一因素引起的系统误差,C选项正确;图像法与多次测量求平均值

17、的方法,可减小偶然误差,D选项正确。,考点三描绘伏安特性曲线应注意的事项 1.电流表外接法:本实验中被测小灯泡灯丝的电阻值较小,因此测量电路必须采用电流表外接法。,2.滑动变阻器应采用分压式连接 本实验要作出I-U图线,要求测出一组包括零在内的电流、电压值,故控制电路必须采用分压式接法。,3.保护元件安全:为保护元件不被烧毁,开关闭合前变阻器滑片应位于使加在小灯泡两端的电压为零的一端。,3-1(2017北京海淀期末,12)某研究性学习小组的同学们设计了描绘小灯泡的伏安特性曲线的实验,待测小灯泡的额定电压为3.8 V。要求测量结果尽量精确,并绘制出小灯泡两端电压在03.8 V范围内完整的伏安特性

18、曲线。 (1)若实验室的电压表、电流表和滑动变阻器都满足实验要求,则在如图1所示的两种实验方案中,应选择甲(选填“甲”或“乙”)图所示电路进行实验。,图1 (2)若实验中只提供了量程为3 V,内阻为3 000 的电压表V1,为了绘制完整的伏安特性曲线,需要将电压表V1改装成量程为4 V的电压表V2,则应将电压表V1串联(选填“串联”或“并联”)一个阻值为1000,的定值电阻,才能实现改装的要求。 (3)小组的同学们正确描绘出小灯泡的伏安特性曲线如图2所示,根据这个特性曲线,同学们对小灯泡的实际功率与其两端的电压的关系,或与通过其电流的关系,猜想出了如图3所示的关系图像,其中可能正确的是AB 。

19、(选填选项下面的字母序号) 图2,图3 (4)某同学将该小灯泡接在一个电动势为3.0 V、内阻为5.0 的电源上,组成一个闭合电路,则此时该小灯泡实际功率约为0.360.42W。(保留2位有效数字),答案(1)甲(2)串联1000(3)AB(4)0. 360.42,解析(1)描绘小灯泡伏安特性曲线的实验数据要求从0开始,且选取的点尽可能多些,故应选用滑动变阻器的分压式接法,故选甲图。 (2)将小量程电压表改装成大量程电压表需要串联一个电阻,在串联电路中,电压比等于电阻比,即=,得R串=1 000 ,故应将电压 表V1串联一个阻值为1 000 的定值电阻。 (3)由特性曲线可知,小灯泡的电阻随温

20、度的升高逐渐增大,图A、B表示电阻在增大,故选AB。 (4)如图所示,将电源两端电压与电流的图线画在图中,与小灯泡伏安特性曲线交点为小灯泡在此电源下工作的实际电压与电流值,P=UI=2.00.20=0.40 W。,3-22017北京朝阳一模,21(2)某同学想要描绘标有“3.8 V,0.3 A”字样的小灯泡L的伏安特性曲线,要求测量数据、绘制曲线尽量准确。可供选择的器材除小灯泡、开关、导线外,还有: 电压表V,量程05 V,内阻约5 k 电流表A1,量程0500 mA,内阻约0.5 电流表A2,量程0100 mA,内阻约4 滑动变阻器R1,最大阻值10 ,额定电流2.0 A 滑动变阻器R2,最大阻值100 ,额定电流1.0 A 直流电源E,电动势约6 V,内阻可忽略不计 上述器材中,电流表应选A1,滑动变阻器应选R1(填写所选器材后的字母)。,请将图甲所示的实验电路图补画完整。 该同学通过实验得出了小灯泡的I-U图像如图乙所示。由图可知,随着电压的增加,小灯泡的电阻逐渐增大(选填“增大”或“减小”);当小灯泡的电压为3.00 V时,小灯泡的电阻是11(结果保留2位有效数字)。 甲,乙 该同学在获得了中小灯泡的I-U图像后,又把两只这样的小灯泡并联,直接接在电动势为4