2019年高考物理大一轮复习 实验08 测定金属的电阻率学案 新人教版

实验08测定金属的电阻率一、实验目的1掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法及电流表和电压表的读数方法；2掌握螺旋测微器和游标卡尺的原理及读数方法；3会用伏安法测电阻，进一步测定金属的电阻率二、实验原理由电阻定律R得R.金属导线的电阻R用伏安法测量，金属导线的长度l用毫米刻度尺测量，金属导线的横截面积S可由其直径d算出，即S2，直径d可由螺旋测微器测出三、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、导线若干四、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：按如图所示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度，反复测量3次，求出其平均值l.4U、I测量：把滑动变阻器的滑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 (2018长春质检)(1)某实验小组在“测定金属电阻率”的实验过程中，正确操作获得金属丝直径以及电流表、电压表的读数如图甲、乙、丙所示，则金属丝的直径的读数是_.(2)已知实验中所用的滑动变阻器阻值范围为010 ，电流表内阻约几欧，电压表内阻约20 k.电源为干电池(不宜在长时间、大功率状况下使用)，电动势E4.5 V，内阻很小则图丁电路图中_(填电路图下方的字母代号)电路为本次实验应当采用的最佳电路但用此最佳电路测量的结果仍然会比真实值偏_.(填“大”或“小”)(3)若实验所用的电流表内阻的准确值RA是已知的，那么准确测量金属丝电阻Rx的最佳电路应是图丁中的_电路(填电路图下的字母代号)此时测得电流为I、电压为U，则金属丝电阻Rx_(用题中字母代号表示)解析：(1)螺旋测微器先读固定部分为0.5 mm，可动部分可估读为38.00.01 mm0.380 mm，故总示数为：(0.50.380)mm0.880 mm；电流表量程为0.6 A，则最小刻度为0.02，指针所示为0.42 A；电流表量程为3 V，最小刻度为0.1 V，则读数为2.25 V.(2)因电源不能在大功率下长时间运行，则本实验应采用限流接法；同时电压表内阻较大，由以上读数可知，待测电阻的内阻约为5 ，故采用电流表外接法误差较小，故选A；在实验中电压表示数准确，但电流测量的是干路电流，故电流表示数偏大，则由欧姆定律得出的结果偏小(3)因已知电流表内阻准确值，则可以利用电流表内接法准确求出待测电阻；故应选B电路；待测电阻及电流表总电阻R，则待测电阻RxRRARA答案：(1)0.880 mm(2)A小(3)BRA一、数据处理1在求R的平均值时可用两种方法(1)用R分别算出各次的数值，再取平均值(2)用UI图线的斜率求出2计算电阻率将记录的数据R、l、d的值代入电阻率计算式R.二、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，造成测量误差三、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 (2018河南开封模拟)在“测定金属的电阻率”的实验中，某同学所测的金属导体的形状如图甲所示，其横截面为空心的等边三角形，外等边三角形的边长是内等边三角形边长的 2 倍，内三角形为中空为了合理选用器材设计测量电路，他先用多用表的欧姆挡“1”按正确的操作步骤粗测其电阻，指针如图乙，则读数应记为_.现利用实验室的下列器材，精确测量它的电阻 R，以便进一步测出该材料的电阻率 ：A电源E(电动势为3 V，内阻约为1 )B电流表(量程为00.6 A，内阻r1 约为1 )C电流表(量程为00.6 A，内阻r25 )D最大阻值为10 的滑动变阻器R0E开关S，导线若干(1)请在图丙虚线框内补充画出完整、合理的测量电路图(2)先将R0调至最大，闭合开关S，调节滑动变阻器R0，记下各电表读数，再改变R0进行多次测量在所测得的数据中选一组数据，用测量量和已知量来计算R时，若的示数为I1，的示数为I2，则该金属导体的电阻 R_. (3)该同学用直尺测量导体的长度为L，用螺旋测微器测量了外三角形的边长a.测边长a时，螺旋测微器读数如图丁所示，则a_mm.用已经测得的物理量 R、L、a 等可得到该金属材料电阻率的表达式为_.解析：多用电表读数为：61 6 ；(1)测量电路如图所示；(2)由欧姆定律可知：I2r2(I1I2)R，解得R；(3)螺旋测微器读数a5.5 mm0.01 mm16.35.663 mm；导体的截面积为Sa22a2，则根据欧姆定律R，解得答案：6(1)电路图见解析(2)R(3)5.663(5.6615.665)方法1伏安法测电阻伏安法测电阻是电学实验的基础，是高考考查的热点，也是难点它渗透在电学实验的各个环节中，如测未知电阻、测电阻率、测各种电表内阻等特点：大内小外(内接法测量值偏大，测大电阻时应用内接法测量，测小电阻时应采用外接法测量)方法2伏伏法测电阻(电压表的灵活选用)若电压表内阻已知，则可将其当作电流表、电压表和定值电阻来使用(1)如图甲所示，两电压表的满偏电流接近时，若已知的内阻R1，则可测出的内阻R2R1.(2)如图乙所示，两电压表的满偏电流IV1IV2时，若已知的内阻R1，并联一定值电阻R0后，同样可得的内阻R2.方法3安安法测电阻(电流表的灵活选用)若电流表内阻已知，则可将其当作电流表、电压表以及定值电阻来使用(1)如图甲所示，当两电流表所能测得的最大电压接近时，如果已知的内阻R1，则可测得的内阻R2.(2)如图乙所示，当两电流表的满偏电压UA2UA1时，如果已知的内阻R1，串联一定值电阻R0后，同样可测得的电阻R2. 用伏安法测定一个待测电阻Rx的阻值(阻值约为200 )，实验室提供如下器材：电池组E：电动势3 V，内阻不计；电流表A1：量程015 mA，内阻约为100 ；电流表A2：量程0300 A，内阻为1 000 ；滑动变阻器R1：阻值范围020 ，额定电流2 A；电阻箱R2，阻值范围09 999 ，额定电流1 A；开关S、导线若干要求实验中尽可能准确地测量Rx的阻值，请回答下列问题：(1)为了测量待测电阻两端的电压，可以将电流表_(填写器材代号)与电阻箱串联，并将电阻箱阻值调到_，这样可以改装成一个量程为3.0 V的电压表(2)在图中画出完整测量Rx阻值的电路图，并在图中标明器材代号(3)调节滑动变阻器R1，两表的示数如图所示，可读出电流表A1的示数是_mA，电流表A2的示数是_A，测得待测电阻Rx的阻值是_.解析：(1)把A2和R2串联起来充当电压表，此电压表量程为3 V，R2 1 000 9 000 .(3)由图可知，电流表A1的示数为8.0 mA，电流表A2的示数是150 A，待测电阻阻值为Rx 191 .答案：(1)A29 000(2)电路如图(3)8.0150191 方法4半偏法测电表内阻(1)半偏法近似测量电流表内阻如图所示，测量电流表的内阻，操作步骤如下：断开S2、闭合S1，调节R0，使表满偏为I0；保持R0不变，闭合S2，调节R，使表读数为；由上得RAR.(2)半偏法近似测量电压表内阻如图所示，测量电压表的内阻，操作步骤如下：滑动变阻器的滑片滑至最右端，电阻箱的阻值调到最大；闭合S1、S2，调节R0，使表示数指到满偏刻度断开S2，保持R0不变，调节R，使表指针指到满刻度的一半；由上得RVR. (2015全国卷)电压表满偏时通过该表的电流是半偏时通过该表电流的两倍某同学利用这一事实测量电压表的内阻(半偏法)，实验室提供的器材如下：待测电压表(量程3 V，内阻约为3 000 )，电阻箱R0(最大阻值为99 999.9 )，滑动变阻器R1(最大阻值100 ，额定电流2 A)，电源E(电动势6 V，内阻不计)，开关2个，导线若干(1)虚线框内为该同学设计的测量电压表内阻的电路图的一部分，将电路图补充完整(2)根据设计的电路，写出实验步骤：_.(3)将这种方法测出的电压表内阻记为RV，与电压表内阻的真实值RV相比，RV_RV(填“”、“”或“断开S2，调节电阻箱使电压表成半偏状态，电压表所在支路总电阻增大，分得的电压也增大；此时R0两端的电压大于电压表的半偏电压，故RVRV方法5“电桥”法测电阻在ab间接一灵敏电流计如图所示，当其读数为零时即Uab0，相当于ab间断路，此时ab , 则有IR1IR3，IR2IR4，两式相除得R1/R2R3/R4即R1R4R2R3 此时交叉电阻的乘积相等，所以知道其中任意三个电阻就可以求出第四个电阻的阻值 (2017全国卷)某同学利用如图(a)所示的电路测量一微安表(量程为100 A，内阻大约为2 500 )的内阻可使用的器材有：两个滑动变阻器R1、R2(其中一个阻值为20 ，另一个阻值为2 000 )；电阻箱Rz(最大阻值为99 999.9 )；电源E(电动势约为1.5 V)；单刀开关S1和S2.C、D分别为两个滑动变阻器的滑片 图(a)(1)按原理图(a)将图(b)中的实物连线(2)完成下列填空：R1的阻值为_ (填“20”或“2 000”)为了保护微安表，开始时将R1的滑片C滑到接近图(a)中滑动变阻器的_端(填“左”或“右”)对应的位置；将R2的滑片D置于中间位置附近将电阻箱Rz的阻值置于2 500.0 ，接通S1.将R1的滑片置于适当位置，再反复调节R2的滑片D的位置最终使得接通S2前后，微安表的示数保持不变，这说明S2接通前B与D所在位置的电势_(填“相等”或“不相等”)将电阻箱Rz和微安表位置对调，其他条件保持不变，发现将Rz的阻值置于2 601.0 时，在接通S2前后，微安表的示数也保持不变待测微安表的内阻为_(结果保留到个位)(3)写出一条提高测量微安表内阻精度的建议：_.解析：(1)根据原理图(a)，将图(b)中的实物连线如图所示(2)滑动变阻器R1在实验中为控制电路，且为分压接法，应选总阻值小的滑动变阻器，故R1的阻值为20 .为了保护微安表，S1闭合时，微安表上的电压为零，故开始时应将R1的滑片C滑到滑动变阻器的左端接通S2前后，微安表的示数保持不变，说明S2闭合后，没有电流流过S2，故B、D两点的电势相等实验过程中，由于测量电路，即由Rz、R2组成的电路的阻值很大，可认为测量电路两端的电压不变，故与Rz互换后通过R2、Rz和的电流不变，电路如图所示由于B、D两点的电势相等，对于图甲，I1RAI2RI1Rz1I2R，即对于图乙，I1Rz2I2RI1RAI2R.即所以所以RA 2 550 . (3)提高测微安表内阻的精度，可减小系统误差，如调节R1上的分压，尽可能使微安表接近满量程答案：(1)见解析图(2)20左相等2 550(3)调节R1上的分压，尽可能使微安表接近满量程10