2019-2020学年高中物理 第2章 电路 实验2 测定金属的电阻率学案 粤教版选修3-1

实验2测定金属的电阻率学习目标1.进一步掌握用伏安法测电阻的电路的设计思想2.掌握螺旋测微器的读数方法3.掌握测定金属电阻率的实验原理、实验过程及数据处理方法一、螺旋测微器的读数原理1构造及原理如图所示，它的测砧A和固定刻度B固定在尺架C上，可动刻度E、旋钮D、微调旋钮D是与测微螺杆F连在一起的，并通过精密螺纹套在B上，精密螺纹的螺距是0.5 mm，即旋钮D每转一周，测微螺杆F前进或后退0.5mm，可动刻度分成50等份，每一等份表示0.01 mm2使用方法当A与F并拢时，可动刻度E的零点恰好跟固定刻度B的零点重合，逆时针旋转旋钮D，将测微螺杆F旋出，把被测物体放入A、F之间的夹缝中，再顺时针旋转旋钮D，F快要接触被测物时，要停止使用旋钮D，改用微调旋钮D，直到听到“咔、咔”声3读数方法L固定刻度示数可动刻度示数(估读一位)分度值注意：(1)以毫米为单位时，小数点后面要有三位有效数字，特别是最后一位估读数字为零时，不能省略(2)在读数时注意半毫米刻度线是否已露出二、游标卡尺的原理及读数方法1构造：主尺、游标尺(主尺和游标尺上各有一个内、外测量爪)、游标卡尺上还有一个深度尺(如图所示)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样多的小等分刻度少1 mm.常见的游标尺上小等分刻度有10个、20个、50个的，其规格见下表：刻度格数(分度)刻度总长度1 mm与每小格的差值精确度(可精确到)109 mm0.1 mm0.1 mm2019 mm0.05 mm0.05 mm5049 mm0.02 mm0.02 mm4.读数：若用x表示从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度线对齐的游标的格数，则记录结果表示为(xK精确度)mm.三、测定金属的电阻率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)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.(3)由电阻定律R，得，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、定值电阻、开关及导线、被测金属导线、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导线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)量长度：用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属导线的有效长度，重复测量3次，并记录(4)求电阻：把滑动变阻器的滑动触头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触头的位置，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)拆除实验电路，整理好实验器材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)图象法：可建立IU坐标系，将测量的U、I值描点作出图象，利用图象的斜率来求出电阻值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)；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00.6 A量程)，通电时间不宜太长，以免电阻率因温度升高而变化.【例1】现有一合金制成的圆柱体为测量该合金的电阻率，现用伏安法测量圆柱体两端之间的电阻，用螺旋测微器测量该圆柱体的直径，用游标卡尺测量该圆柱体的长度螺旋测微器和游标卡尺的示数如图甲和乙所示甲乙(1)由图读得圆柱体的直径为_mm，长度为_cm.(2)若流经圆柱体的电流为I，圆柱体两端之间的电压为U，圆柱体的直径和长度分别用D、L表示，则用D、L、I、U表示的电阻率的关系式为_解析(1)圆柱体的直径为1.5 mm34.50.01 mm1.845 mm；长度为42 mm80.05 mm42.40 mm4.240 cm.(2)由欧姆定律R和电阻定律R联立得.答案(1)1.845(1.8421.846均可)4.240(2)【例2】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属丝的直径，其中某一次测量结果如图所示，其读数应为_mm(该值接近多次测量的平均值)(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：次数1234567U/V0.100.300.701.001.501.702.30I/A0.0200.0600.1600.2200.3400.4600.520由以上实验数据可知，他们测量Rx是采用图中的_图(选填“甲”或“乙”)(3)如图是测量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(4)这个小组的同学在坐标纸上建立U、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UI图线由图线得到金属丝的阻值Rx_(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)A1102mB1103mC1106mD1108m解析(1)螺旋测微器的读数为039.80.01 mm0.398 mm.(2)由实验记录的数据可知Rx的阻值大约为5 .由题知Rx RV，故电流表外接若滑动变阻器为限流式接法，则Rx两端的电压最小值UminE0.6 V，而从实验数据可知Rx两端电压为0.10 V，因此滑动变阻器应采用分压式接法(3)如图甲所示(4)选尽可能多的点连成一条直线，不在直线上的点均匀分布在直线两侧，如图乙所示图线的斜率反映了金属丝的电阻，因此金属丝的电阻值Rx4.4 .(5)根据R得金属丝的电阻率m1.09106m，故选项C正确答案(1)0.398(0.3950.399均正确)(2)甲(3)见解析图甲(4)见解析图乙4.4(4.34.7均正确)(5)C(1)实物连接时，注意导线不能相交叉，并且要注意闭合开关时，分压电路的输出端电压要为零(2)对螺旋测微器进行读数时要注意：以毫米为单位时，小数点后面要有三位有效数字，特别是最后一位估读数字为零时，不能省略在读数时注意半毫米刻度线是否已露出1在“测定金属的电阻率”的实验中，由可知，对实验结果的准确性影响最大的是()A金属丝直径d的测量B电压U的测量C电流I的测量D金属丝长度l的测量A四个选项中的四个物理量对金属丝的电阻率均有影响，但影响最大的是直径d，因为在计算式中取直径的平方2在“测定金属丝的电阻率”实验中，以下操作中错误的是()A用米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，故A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，故C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，故D正确；故选A.3在测定阻值较小的金属的电阻率的实验中，为了减小实验误差，并要求在实验中获得较大的电压调节范围，在测量其电阻时应选择的电路是()D金属阻值较小，在用伏安法测电阻时应该用电流表外接法，题干中要求实验中获得较大的电压调节范围，故滑动变阻器要采用分压式接法，D正确4如图是一个瓶盖形的有底的中空圆柱形工件，要求用游标卡尺测量其体积工件的内径、外径、高和孔深分别用d、D、H、h表示，它们应依次用游标卡尺的_、_、_、_部分来测量解析工件的内径、外径、高和孔深分别用d、D、H、h表示，它们应依次用游标卡尺的：内测脚、外测脚、外测脚和深度测脚进行测量答案内测脚外测脚外测脚深度测脚5在探究“决定导线电阻因素”的实验中需要进行以下测量：(1)用螺旋测微器测得导线的直径如图甲所示，其读数是0.701 mm.请在图中相应刻度处的方框内填入正确数字甲(2)欲用伏安法测定一段电阻丝的电阻，其阻值约为12 ，要求测量结果尽量准确，并且电压、电流测量范围尽可能大一些下列器材中：电流表应选用(填器材的标号，下同)_，电压表应选用_，滑动变阻器应选用_并在如图乙的虚线框内画出你设计的实验电路图A电池组E(6 V，内阻很小)B电流表A1(03 A，内阻约0.01 )C电流表A2(00.6 A，内阻约0.1 )D电压表V1(03 V，内阻约3 k)E电压表V2(06 V，内阻约6 k)F滑动变阻器R1(05 ，2 A)G滑动变阻器R2(01 k，1 A)H电键、导线乙解析(1)螺旋测微器的读数为0.701 mm，故可分解为0.5 mm0.201 mm，即0.5 mm20.10.01 mm，三个格子里的示数分别为25，20，15.(2)电源电动势是6 V，电压表选V2(06 V，内阻6 k)，电路最大电流I0.5 A，则电流表可选A2(00.6 A，内阻0.1 )，电压从零开始，滑动变阻器应采用分压接法，由于120500，则电流表采用外接法，滑动变阻器的范围应与电阻值差不多，方便调节，所以滑动变阻器选R1，实验电路图如图所示答案(1)252015(2)A2V2R1见解析图6(1)某同学为了测量某阻值约为5 的金属棒的电阻率，进行了如下操作：分别使用10分度游标卡尺和螺旋测微器测量金属棒的长度L和直径d，某次测量的示数如图甲和乙所示，长度L_ mm，直径d_ mm.甲乙(2)现备有下列器材：待测金属棒：Rx(阻值约5 )；电压表：V1(量程3 V，内阻约3 k)；V2(量程15 V，内阻约9 k)；电流表：A1(量程0.6 A，内阻约0.2 )；A2(量程3 A，内阻约0.05 )；电源：E1(电动势3 V，内阻不计)；滑动变阻器：R1(最大阻值约20 )；R2(最大阻值约1 000 )；开关S；导线若干丙丁若滑动变阻器采用限流按法，为使测量尽量精确，电压表应选_，电流表应选_，滑动变阻器应选_(均选填器材代号)正确选择仪器后请在图丙中用笔画线代替导线，完成实物电路的连接用伏安法测得该电阻的电压和电流，并作出其UI图象如图丁所示，若图象的斜率为k，则该金属棒的电阻率_(用题目中所给各个量的对应字母进行表述)解析(1)游标卡尺主尺示数与游标尺示数之和是游标卡尺的示数，故长度L为22 mm50.1 mm22.5 mm；螺旋测微器固定刻度示数与可动刻度示数之和是螺旋测微器示数，故直径d为6.5 mm21.30.01 mm6.713 mm.(2)电源电动势为3 V，故电压表用V1；电流表用A1；由于被测电阻约为5 ，故滑动变阻器用R1；实物连接图见答案图UI图象的斜率的物理意义为被测电阻的阻值，即kR，结合电阻定律可得金属棒的电阻率表达式为：.答案(1)22.56.713(6.7126.718均正确)(2)V1A1R1实物图如图所示7利用如图所示的电路测量某种电阻丝材料的电阻率，所用电阻丝的电阻约为20 .带有刻度尺的木板上有a和b两个接线柱，把电阻丝拉直后固定在接线柱a和b上在电阻丝上夹上一个带有接线柱c的小金属夹，沿电阻丝移动金属夹，可改变其与电阻丝接触点P的位置，从而改变接入电路中电阻丝的长度可供选择的器材还有：电池组E(电动势为3.0 V)；电流表A1(量程0100 mA，内阻约5 )；电流表A2(量程00.6 A，内阻约0.2 )；电阻箱R(0999.9 )；开关、导线若干实验操作步骤如下：A用螺旋测微器在电阻丝上三个不同的位置分别测量电阻丝的直径；B将选用的实验器材，按照图连接实验电路；C调节电阻箱使其接入电路中的电阻值较大；D将金属夹夹在电阻丝上某位置，闭合开关，调整电阻箱的阻值，使电流表满偏，然后断开开关记录电阻箱的电阻值R和接入电路的电阻丝长度L；E改变金属夹与电阻丝接触点的位置，闭合开关，调整电阻箱的阻值，使电流表再次满偏重复多次，记录每一次电阻箱的电阻值R和接入电路的电阻丝长度L；F断开开关，整理好器材(1)某次测量电阻丝直径d时，螺旋测微器示数如图所示，则d_mm；(2)实验中电流表应选择_(填“A1”或“A2”)；(3)用记录的多组电阻箱的阻值R和对应的接入电路中电阻丝长度L的数据，绘出了如图所示的RL关系图线，图线在R轴的截距为R0，在L轴的截距为L0，再结合测出的电阻丝直径d，写出电阻丝的电阻率表达式_(用给定的物理量符号和已知常数表示)(4)本实验中，电流表的内阻对电阻率的测量结果_影响(填“有”或“无”)解析(1)螺旋测微器的读数为：d0.5 mm23.00.01 mm0.730 mm.(2)根据欧姆定律可知，电路中的最大电流为：ImaxA0.15 A150 mA，所以电流表应选A1.(3)根据欧姆定律，应有：Ig可得：RRx根据电阻定律应有：Rx联立以上两式可得：RL根据函数斜率的概念应有：解得：.(4)本题中若考虑电流表内阻RA，则有：RLRA，对图象的斜率没有影响，即电流表内阻对电阻率的测量结果无影响答案(1)0.730(2)A1(3)(4)无- 11 -