实验8　测定金属的电阻率

1、2021新亮剑高考总复习恒定电流第八单元实验8测定金属的电阻率1磨剑课前自学目录2CONTENTS悟剑课堂精讲目 录 磨剑课前自学知识课前自测磨剑课前自学悟剑课堂精讲目 录知识课前自测考点巧讲第4页一、实验目的1. 学会使用各种常用电学仪器以及正确读数。2. 学会使用螺旋测微器以及正确读数。3. 学会用伏安法测量电阻的阻值,测定金属的电阻率。二、实验原理用毫米刻度尺测一段金属丝导线的长度 L,用螺旋测微器测导线的直径 d,用伏安法测导线的2= R 。电阻 R,由 R=,得 = 三、实验器材4被测金属丝、刻度尺、螺旋测微器、电压表、电流表、直流电源、开关、滑动变阻器和导线若干。目 录知识课前自测

2、考点巧讲第5页四、实验步骤五、数据处理1.求 Rx(1)计算法:用 Rx=分别算出各次的数值,再取平均值。原理电路图操作要领(1) 测量直径:三个不同位置各测一次直径(2) 电路连接:连接好伏安法测电阻的实验电路(3)测量长度:测金属导线的有效长度 3 次(4)U、I 测量:改变滑动变阻器滑片的位置,读出几组相应电流表、电压表的示数目 录知识课前自测考点巧讲第6页(2)图象法:画出 U-I 图象,U-I 图象的斜率等于 Rx。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 = 2 U。=Rx 4六、注意事项1. 先测直径,再连电路:为了方便,测量直径时应在金属丝连入电路之前

3、测量。2. 电流表外接法:本实验中被测金属丝的阻值较小,故采用电流表外接法。3. 电流控制:电流不宜过大,通电时间不宜过长,以免金属丝温度过高,导致电阻率在实验过程中变大。目 录知识考点巧讲课前自测第7页1.(2019 年广东揭阳 10 月考试)在“测定金属丝的电阻率”实验中,以下操作中错误的是(A. 用刻度尺测量金属丝的全长三次,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外接法,多次测量后算出平均值D.实验中保持金属丝的温度不变A)。目 录知识考点巧讲课前自测第8页应测量出金属丝连入电路的有效长度三次,求平均值,而不是全长,A

4、 项错误;为了减小实验误差,应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,B 项正确;金属丝电阻很小,与电压表内阻相差很大,使电压表和金属丝并联,电压表的分流作用很小,应采用电流表外接法,C 项正确;金属丝的电阻率随温度的改变而改变为保持电阻率不变,应保持温度不变,D 项正确。目 录知识考点巧讲课前自测第9页2.(2019 年陕西西安五校联考)测量铅笔芯的电阻率,取一支 4B 铅笔,去掉两端笔芯外木质部分,不损伤笔芯,安放在接线支座上。(1) 用刻度尺量得笔芯长度 L=20.0 cm,螺旋测微器测量笔芯的直径如图 1 所示,则笔芯的直径d= 1.200mm。(2) 若待测电

5、阻为几欧姆,乙同学采用实验室提供的下列器材测定铅笔芯电阻。A.待测笔芯B.电流表(量程分别为 00.6 A、03 A,内阻分别为 1 、0.5 ) C.电压表(量程分别为 03 V、015 V,内阻分别为 6 k、30 k)D. 滑动变阻器(阻值范围为 010 )图 1E. 电源(3 V)析目 录知识考点巧讲课前自测第10页实物电路图见解F.开关、导线若干请根据实验要求在图 2 中用笔画线代替导线(只配有两根导线)完成实物电路连接。(3)实验测量过程中某次电压表、电流表指针偏转如图 3 所示,则电压表示数 U= 1.80V,电流表示数 I= 0.36A,计算得到铅笔芯电阻 R= 5.0(结果保

6、留 2 位有效数字)。 图 3目 录知识考点巧讲课前自测第11页(1) 由图 1 螺旋测微器的示数可知,笔芯的直径为 1 mm+20.00.01 mm=1.200 mm。(2) 由题意可知,待测电阻阻值很小,为几欧姆,小于滑动变阻器最大阻值,滑动变阻器可以采用限流式接法,电压表内阻远大于待测电阻阻值,电流表采用外接法,实物电路图如图所示。(3)由电路图可知,电压表量程是 3 V,由图示电压表可知,其分度值为 0.1 V,示数为 1.80 V,电流表量程为 0.6 A,分度值为 0.02 A,示数为 0.36 A,待测电阻阻值 R=5.0 。目 录考点巧讲一二三实验原理与操作数据处理与误差分析实

7、验拓展与创新 悟剑课堂精讲磨剑课前自学悟剑课堂精讲目 录考点巧讲知识课前自测第13页 实验原理与操作例 1 2019 年天津卷,T9(3)现测定长金属丝的电阻率。(1)某次用螺旋测微器测量金属丝直径的结果如图所示,其读数是0.200(0.1960.204均可)mm。(2)利用下列器材设计一个电路,尽量准确地测量一段金属丝的电阻。这段金属丝的电阻 Rx 约为100 ,画出实验电路图,并标明器材代号。电源 E(电动势 10 V,内阻约为 10 )电流表 (量程 0250 mA,内阻 R1=5 )电流表 (量程 0300 mA,内阻约为 5 )滑动变阻器 R(最大阻值 10 ,额定电流 2 A)一如

8、图所示开关 S 及导线若干目 录考点巧讲知识课前自测第14页(3)某同学设计方案正确,测量得到电流表的读数为 I1,电流表11的读数为 I2,则这段金属丝电相等21阻的计算式 Rx=“相等”)。从设计原理看,其测量值与真实值相比(选填“偏大”“偏小”或目 录考点巧讲知识课前自测第15页(1)d=20.00.01 mm=0.200 mm。(2)本题中测量金属丝的电阻,无电压表,故用已知内阻的电流表 充当电压表,由于电流表 的额定电压 UA1=ImR1=1.25 V,比电源电动势小得多,故电路采用分压式接法,电路图如图所示。(3)当电流表、的示数分别为 I1、I2 时,通过 Rx 的电流 I=I2

9、-I1,Rx 两端电压 U=I1R1故 Rx=11 ,不考虑读数误差,从设计原理看测量值等于真实值。2-1如目 录考点巧讲知识课前自测第16页变式 1(原创)某实验小组为了测定金属丝的电阻率,实验室准备的实验器材有:A. 电压表 (量程 03 V,内阻约为 20 k)B. 定值电阻 10 C. 定值电阻 100 D. 蓄电池(电动势约为 12 V,内阻不计)E.开关 S 一只图 1下操作:(1)用螺旋测微器测该金属丝的直径,示数如图 1 所示,则其直径 d= 0.7500.752 mm。金属夹夹在金属目 录考点巧讲知识课前自测第17页(2)实验中先用欧姆表测出该金属丝的阻值约为 3 。如图所示

10、(3)该小组成员将一段金属丝拉直并固定在米尺上,其两端可作为接线柱,一小丝上,且可在金属丝上滑动。图 2图 3 (4)实验中通过改变金属夹位置进行了多次测量,在实验操作和测量无误的前提下,记录了金属丝接入电路中的长度 l 和相应的电压表的示数 U,并作出1-1关系图线如图 3 所示。根据题目要求,在 B虚线框内完成设计的实验电路图,其中定值电阻应选(选填“B”或“C”);金属丝电阻率的表达24() (用 a、b、c、d、R 表示)。 式为 =目 录考点巧讲知识课前自测第18页(1)图 1 中螺旋测微器读数为(0.5+0.0125.0) mm=0.750 mm。(4)将电压表接成分压式,电路图如

11、图所示。因金属丝的阻值约为 3 ,分得的电压在 03 V, ,变形得1=1+1,所以只能选定值电阻 10 ,定值电阻 100 太大。由分压原理可得 U= + 根据图象有1=b,=-,S=2,联立解得 = 2 。4(-)4目 录考点巧讲知识课前自测第19页 数据处理与误差分析例 2 (2019 年江苏卷,T11)某同学测量一段长度已知的电阻丝的电阻率。实验操作如下:(1)螺旋测微器如图 1 所示。在测量电阻丝的直径时,先将电阻丝轻轻地夹在测砧与测微螺杆之间,再旋动 C(选填“A”“B”或“C”),直到听到“喀喀”的声音,以保证压力适当,同时防止螺旋测微器的损坏。二不同(2)选择电阻丝的阻丝的直径

12、。(选填“同一”或“不同”)位置进行多次测量,取其平均值作为电图 2图 1目 录考点巧讲知识课前自测第20页(3)图 2 中 Rx 为待测电阻丝。请用笔画线代替导线,将滑动变阻器接入图 3 实物电路中的正确位置。如图甲所示此,可求得电阻丝的电阻电阻丝的电阻率。目 录考点巧讲知识课前自测第21页(4)为测量 Rx,利用图 2 所示的电路,调节滑动变阻器测得 5 组电压 U1 和电流 I1 的值,作出的 U1-I1 关系图象如图 4 所示。接着,将电压表改接在 a、b 两端,测得 5 组电压 U2 和电流 I2 的值,数据见下表:请根据表中的数据,在方格纸上作出 U2-I2 图象。Rx= 23.5

13、(23.024.0都算对) 。根据电阻(5)由定律可得到图 4如图乙所示乙U2/V0.501.021.542.052.55I2/mA20.040.060.080.0100.0目 录考点巧讲知识课前自测第22页(1) 旋转微调旋钮 C。(2) 电阻丝的粗细不一定均匀,为保证测量结果准确,应在不同位置测直径,然后取平均值作为测量值。(3) 滑动变阻器采用分压法接入电路,注意线不能交叉,如图甲所示。(4) 将所给的 5 组数据标注在 U-I 图象中,用过原点的直线把它们连在一起,让尽可能多的点在直线上,如图乙所示。(5)由题意知1 =Rx+RA+R0,由 U1-I1 图线的斜率可得1 =49.0 。

14、112 =RA+R0,由作出的 U2-I2 图线的斜率可得2 =25.5 。故 Rx=(49.0-225.5) =23.5 。2乙目 录考点巧讲知识课前自测第23页实验中的注意事项(1) 本实验中被测金属丝的电阻值较小,因此实验电路一般采用电流表外接法。(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、被测金属丝、滑动变阻器连成主干线路(闭合电路),然后把电压表并联在被测金属丝的两端。(3) 测量被测金属丝的有效长度,是指测量被测金属丝接入电路的两个端点之间的长度,即电压表两端点间的被测金属丝长度,测量时应将金属丝拉直,反复测量三次,求其平均值。(4) 测金属丝直径一定要选三

15、个不同部位进行测量,求其平均值。(5) 闭合开关S 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。目 录考点巧讲知识课前自测第24页(6) 用伏安法测电阻时,通过被测金属丝的电流 I 不宜过大(电流表用 00.6 A 量程),通电时间不宜过长,以免金属丝的温度明显升高,造成其电阻率在实验过程中逐渐增大。(7) 若采用图象法求 R 的平均值,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不在直线上的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 目 录考点巧讲知识课前自测第25页变式 2 (2019 年福建省福州市高中毕业班质检)某兴趣小组欲通过测定工业污水(含多

16、种重金属离子)的电阻率来判断某工厂废水是否达到排放标准(达标的污水离子浓度低,电阻率大,一般电阻率 200 m 的工业废水即达到排放标准)。图 1 所示为该组同学所用圆柱形盛水容器,其左、右两侧面为金属薄板(电阻极小),其余侧面由绝缘材料制成,左、右两侧带有接线柱。图 1图 2 目 录考点巧讲知识课前自测第26页(1)先用刻度尺和游标卡尺分别测量盛水容器的长度 L 和内径 D,某次测量示数如图 2 所示,它们的读数分别为 L=40.0 cm,D= 15.155cm。将水样注满容器后,进行测量:(2)分别用多用欧姆挡的“100”“1 k”两挡粗测水样的阻值时,表盘上指针如图 3 所示,则所测水样

17、的电阻约为 1600。图 320 ,额定电流为 1 A)阻约为 10 )若干电路连接。目 录考点巧讲知识课前自测第27页(3)为更精确地测量所取水样的电阻,该小组从实验室中找到如下实验器材:A. 电流表(量程 5 mA,电阻 RA=800 )B. 电压表(量程 15 V,电阻 RV 约为 10 k) C.滑动变阻器(0D. 电源(12 V,内E. 开关一只,导线请在图 4 中完成如图所示目 录考点巧讲知识课前自测第28页(4)正确连接电路后,闭合开关,测得一组 U、I 数据;再调节滑动变阻器,重复上述测量步骤得出一系列数据,如下表所示。由以上测量数据得到的平均值为 2772 ,则待测水样的电阻

18、为 1972。据此可知,所测水样 没达到(选填“达到”或“没达到”)排放标准。U/V2.04.06.08.010.0I/mA0.731.432.172.893.58目 录考点巧讲知识课前自测第29页(1) 游标卡尺的固定刻度读数为 15.1 cm,游标尺上的读数为 0.0511 mm=0.55 mm=0.055 cm,所以最终读数为 15.1 cm+0.055 cm=15.155 cm。(2) 欧姆表所测的电阻等于读数乘以倍率,用“1 k”挡测量,指针不在中值刻度附近,测量误差较大,所以用“100”挡测量比较准确,R=16100 =1600 。(3) 由于滑动变阻器阻值远小于待测电阻,所以连线

19、时滑动变阻器要用分压接法;由于要精确测量水样的电阻,电流表的阻值为已知量,所以采用电流表内接法,电路图如图所示。(4)根据电路图和欧姆定律得出待测电阻的阻值 Rx=-RA=2 0.15155 2772 -800 =1972 ;根据电阻定律 R=,有 =R =1972m89 m200 m,所20.4测水样没达到排放标准。目 录考点巧讲知识课前自测第30页 实验拓展与创新三测量电阻的几种方法 名称电路测量原理伏安法Rx=UI伏安法消除系统误差Rx=U2 -U1I2I1等效替代法电源输出电压不变,将 S 接 2,调节 R1,R2 不变, 使的示数与 S 接 1 时的示数相等,则Rx=R1目 录考点巧

20、讲知识课前自测第31页 名称电路测量原理欧姆定律计算法闭合 S,调节 R1,同时记录的示数,在忽略电源内阻的情况下,可由闭合电路的欧姆定律求出 Rx活用法串联分压法内阻已知时,RV1=U1 RU2 2并联分流法内阻已知时,RA1=I2RA2I1半偏法闭合 S1,断开S2,调节 R1 使 表满偏;闭合 S2,只调节 R2使 表半偏(R1Rg),则 Rg=R2调节 R2=0,闭合 S,调节 R1 使 表满偏;只调节 R2 使 表半偏(R1RV),则 RV=R2目 录考点巧讲知识课前自测第32页 名称电路测量原理桥式电路法当的示数为零时,则R1 =R3R2R4欧姆表法注意:要在指针靠近中央时读数;换

21、挡要调零目 录考点巧讲知识课前自测第33页例 3 (2018 年全国卷,T23)一课外实验小组用如图所示的电路测量某待测电阻 Rx 的阻值。图中 R0 为标准定值电阻(R0=20.0 ); 可视为理想电压表;S1 为单刀开关;S2 为单刀双掷开关;E 为电源;R 为滑动变阻器。采用如下步骤完成实验:实物连线如图所示(1)按照实验原理线路图 1,将图 2 中实物连线。(2)将滑动变阻器滑动端置于适当的位置,闭合S1。目 录考点巧讲知识课前自测第34页(3)将开关 S2 掷于 1 端,改变滑动变阻器滑动端的位置,记下此时电压表 的示数 U1,然后将S2掷于 2 端,记下此时电压表 的示数 U2。2

22、 1R(4)待测电阻值的表达式 Rx=(用 R0、U1、U2 表示)。01(5)重复步骤(3),得到如下数据。(6)利用上述 5 次测量所得2的平均值,求得 Rx=48.2。(结果保留 1 位小数)112345U1/V0.250.300.360.400.44U2/V0.861.031.221.361.49U2U13.443.433.393.403.39目 录考点巧讲知识课前自测第35页连线如图所示。(1)(4)开关 S2 接 1 时,根据部分电路欧姆定律可知,通过 R0 的电流 I=1,因流过 R0、Rx 的电流相0等,所以通过 Rx 的电流也是 I=1。开关 S2 接 2 时 Rx 两端的电

23、压由分压原理得 Ux=2Rx,根据0 +0部分电路欧姆定律有 Rx= ,联立解得 Rx= 2 -1 R0。1(6)根据表中数据可得2的平均值为 3.41,代入可得 Rx=48.2 。1目 录考点巧讲知识课前自测第36页变式 3(2019 年河北邯郸期末)要测量一个电流表的内阻(在 1 k2 k 之间),其量程为 250 A。提供的器材有:电源 E(4 V,内阻为 0.6 ),电阻箱 RA(09999 ),滑动变阻器 R1(020 ,1 A),滑动变阻器R2(0250 ,0.6 A),滑动变阻器 R3(01 k,0.3 A),标准电流表(量程为 250 A),开关 S1、S2、S3 及导线若干。现 A、B 两同学用不同的测量方法来测量内阻。A 同学利用图 1 的电路图来测量内阻,其实验步骤如下:先按电路图 1 接好各元件,并使滑片 P 先置 a 端,且使电阻箱的阻值为零。闭合开关 S1,调节滑片 P 于某一位置,使 满偏。调节电阻箱的阻值,使 表电流为,记下电阻箱的数值 R。得待测电流表的内阻 R =R。gg2图 1目 录考点巧讲知识课前自测第37页B 同学利用图 2 的电路图来测量内阻,其实验步骤如下:先按电路图 2 接好各元件,并使滑片 P 先置于 b 端,且使电阻箱的阻值为零。闭