高三物理测定金属的电阻率复习.ppt

实验七 探究电阻的决定因素 要点归纳 【实验目的】 1.探究电阻的决定因素. 2.练习使用螺旋测微器,会使用常用的电学仪器. 【实验原理】 欧姆定律和电阻定律,用毫米刻度尺测一段金属丝的长度l,用螺旋测微器测导线的直径d,用伏安法测 导线的电阻R,由R= ,所以金属丝的电阻率 【实验器材】 被测金属丝、毫米刻度尺、螺旋测微器、电压表、电流表、直流电源、电键、滑动变阻器、导线等.,【实验步骤】 1.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. 2.依照电路图(图1)用导线将器材连好,将滑动变阻器的阻值调至最大.,图1,3.用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属导线的长度,即有效长度,反复测量3次,求出其平均值l. 4.电路经检查确认无误后,闭合电键S,改变滑动 变阻器滑动片的位置,读出几组相应的电流值和电 压值,记入记录表格内;断开电键S,求出导线电阻R 的平均值. 5.将测得的R、l、d值代入电阻率计算公式 ,计算出金属导线的电阻率.,6.拆去实验线路,整理好实验器材. 锦囊妙诀 两个定律把 定,测U测I测直径,l测量莫松动,为减误差 外接,通过电流要适宜,变阻器使用记心中. 【数据处理】 1.在求Rx的平均值时可用两种方法: (1)第一种是用Rx= 算出各次的数值,再取平均 值. (2)第二种是用UI图线的斜率求出. 2.计算电阻率:将记录的数据Rx、l、d的值,代入 电阻率计算公式,【误差分析】 1.金属丝直径、长度测量带来误差. 2.电流表及电压表对电阻测量的影响,因为电流 表外接,所以R测R真,由R= 知 测 真. 3.通电电流过大、时间过长,致使电阻丝发热,电阻率随之变化带来误差.,(1)螺旋测微器的构造 如图2所示是常用的螺旋测微器.它的小砧A和固 定刻度S固定在框架F上.旋钮K、微调旋钮K和可 动刻度H、测微螺杆P连在一起,通过精密螺纹套在 S上.,附:螺旋测微器和游标卡尺的使用 1.螺旋测微器的构造原理及读数,图2,(2)螺旋测微器的原理 测微螺杆P与固定刻度S之间的精密螺纹的螺距为 0.5 mm,即旋钮K每旋转一周,P前进或后退0.5 mm, 而可动刻度H上的刻度为50等份,每转动一小格,P前 进或后退0.01 mm.即螺旋测微器的精确度为0.01 mm.读数时估算到毫米的千分位上,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数毫米数由固定刻度读出,小数部分由可动刻度读出. 测量值(毫米)=固定刻度数(毫米)(注意半毫米刻 线是否露出)+可动刻度数(估读一位)0.01(毫米),如图3所示,固定刻度示数为2.0 mm,不足半毫米 而从可动刻度上读的示数为15.0,最后的读数为: 2.0 mm+15.00.01 mm=2.150 mm.,图3,2.游标卡尺(如图4所示) (1)构造:主尺、游标尺(主尺和游标尺上各有一 个内外测量爪)、游标尺上还有一个深度尺,尺身上还有一个紧固螺钉. (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.,图4,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. 常见的游标卡尺的游标尺上小等分刻度有10个的、 20个的、50个的,见下表:,(4)读数:若用x表示由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线对齐的游标的格数,则记录结果表达为(x+K精确度) mm. 【注意事项】 1.本实验中被测金属导线的电阻值较小,因此实 验电路必须用电流表外接法. 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、待测金属导线、滑动变阻器连成主干线路(闭合电路),然后再把电压表并联在待 测金属导线的两端.,3.测量被测金属导线的有效长度,是指测量待测 导线接入电路的两个端点之间的长度,亦即电压表 两端点间的部分待测导线长度,测量时应将导线拉 直. 4.测金属丝直径一定要选三个不同部位进行测量. 5.闭合开关S之前,一定要使滑动变阻器的滑片处在有效电阻值最大的位置. 6.在用伏安法测电阻时,通过待测导线的电流I不 宜过大(电流表用00.6 A量程),通电时间不宜过长,以免金属导线的温度明显升高,造成其电阻率在实 验过程中逐渐增大.,7.求R的平均值可用两种方法:第一种是用 算出各次的测量值,再取平均值;第二种方法是用图象法(UI图象)来求出.若采用图象法,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.,典例剖析 【例1】在“探究电阻的决定因素”的实验中,所用金属电阻丝的电阻约为30 .现通过以下实验测量该金属材料的电阻率. (1)用螺旋测微器测量电阻丝直径,其示数如图5 所示,则该电阻丝直径的测量值d= mm.,图5,(2)实验中能提供的器材有开关、若干导线及下列 器材: 电压表V1(量程03 V,内阻约3 k) 电压表V2(量程015 V,内阻约15 k) 电流表A1(量程0100 mA,内阻约5 ) 电流表A2(量程00.6 A,内阻约0.1 ) 滑动变阻器R1(010 ) 滑动变阻器R2(01 k) 电源E(电动势为4.5 V,内阻不计) 为了便于调节电路并能较准确的测出电阻丝的阻值,电压表应选 ,电流表应选 ,滑动变阻器应选 .,(3)如图6所示,将电阻丝拉直后两端固定在刻度尺两端的接线柱a和b上,刻度尺的中间有一个可沿电阻丝滑动的触头P,触头的另一端为接线柱c,当用手按下触头P时,触头P才与电阻丝接触,触头的位置可在刻度尺上读出.实验中改变触头P与电阻丝接触的位置,并移动滑动变阻器的滑片,使电流表示数I保持不变,分别测量出多组接入电路中电阻丝的长度L与对应的电压U.请在图7中完成实验电路的连接.(要求:能改变电阻丝的测量长度和进行多次测量),图6,图7,(4)利用测量数据画出UL图线,如图8所示,其中(L0,U0)是UL图线上的一个点的坐标.根据UL 图线,用电阻丝的直径d、电流I和坐标(L0,U0)可计 算得出电阻丝的电阻率 = .(用所给字母表示),图8,答案 (1)0.183(0.1810.185) (2)V1 A1 R1 (3)如下图所示(该图中电压表连接接线柱b、c也对) (4),变式练习 如图9所示,甲图为一段粗细均匀的新型导电材料棒,现测量该材料的电阻率.,图9,(1)首先用多用电表的欧姆挡(倍率为10)粗测其 电阻,指针位置如图乙所示,其读数R= .,(2)然后用以下器材用伏安法尽可能精确地测量其 电阻 A.电流表:量程为0.6 A,内阻约为0.1 B.电压表:量程为3 V,内阻约为3 k C.滑动变阻器:最大阻值为20 ,额定电流1 A D.低压直流电源:电压6 V,内阻忽略 E.电键S,导线若干,在下面的虚线方框中画出实验电路图. (3)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 = (用测出的物理量的符号表示).,答案 (1)200 (2)如下图所示 (3),【例2】甲、乙两同学使用完全相同的器材用伏安 法测量同一未知电阻Rx的阻值.给定器材为:待 测电阻Rx;电流表(量程05 mA,内阻约10 ); 电压表(量程为03 V,内阻约3 000 );最大阻 值为1 700 的滑动变阻器;电源E(电动势约 3 V);开关S、导线若干.两人的测量结果分别 由图10中甲和乙给出.,图10,(1)由图甲得Rx= ,由图乙得Rx= . (2)在下面方框中分别画出甲、乙两位同学所用的 测量电路,并由测量结果判定 同学的测量 结果较为准确.,甲的电路,乙的电路,思路点拨 (1)图线斜率的物理意义是什么?哪个的斜率大?如何计算? (2)用不同的测量电路,其测量值与实际值各有怎样的误差? 解析 (1)两图线的斜率表示电阻的测量值,由图R甲 =1 060 (在1 06040内均对);R乙=730 (在 73040内均对). (2)因图甲所示直线的斜率大,即测量值大,故甲同 学采用的是电流表内接法,乙采用的是外接法.因电 阻值远大于电流表内阻,故用内接法较为准确.,答案 (1)(1 06040) (73040) (2)甲、乙电路如下图所示,创新实验 【例3】在“探究电阻的决定因素” 的实验中,需要用刻度尺测出 被测金属丝的长度l,用螺旋测 微器测出金属丝的直径d,用电 流表和电压表测出金属丝的电 阻Rx.用电流表和电压表测金属 丝的电阻时,由于电压表、电流表内阻的影响,不 论使用电流表内接法还是电流表外接法,都会产生 系统误差.按如图11所示的电路进行测量,可以消 除由于电表内阻造成的系统误差.利用该电路进行 实验的主要操作过程是:,图11,第一步:先将R2的滑动触头调到最左端,单刀双掷开关S2向1闭合,闭合开关S1,调节滑动变阻器R1和R2, 使电压表和电流表的示数尽量大些(不要超过量程),读出此时电压表和电流表的示数U1、I1. 第二步:保持两滑动变阻器的滑动触头位置不变,将单刀双掷开关S2向2闭合,读出此时电压表和电流表 的示数U2、I2. 请写出由以上记录数据计算被测电阻的表达式Rx= .,解析 第一步对应的等效电路如图甲所示. 则Rx+RA+R1=,第二步对应的等效电路如图乙所示. 则RA+R1= 由以上两式求得Rx= 答案,素能提升 1.在做“探究电阻的决定因素”实验时,下列操作正 确的是 ( ) A.若待测金属导线是漆包线,应该用火烧去表面 漆皮,轻轻抹去灰尘后再测金属丝的直径,千 万不可用小刀去刮漆皮,而两端接头部分则用 纱布打磨干净,以保证电路接触良好 B.用米尺反复测量三次导线的总长度,求出平均 值L,然后将导线接入测量电路中,C.估计待测金属导线的总长,选择合适的仪器和 实验电路 D.合上开关S,不断增大滑动变阻器接入电路的有 效阻值,记录几组对应的电流和电压数值,计算 出导线的总电阻 解析 用米尺反复测量三次接入电路中的导线的 长度而不是总长度,B、C错;闭合开关前,滑动变 阻器的有效阻值处于最大,合上开关S后逐步减小 滑动变阻器接入电路的有效阻值,D错. 答案 A,2.在“测定金属丝电阻率”的实验中,由 可知,对实验结果的准确性影响最大的是( ) A.导线直径d的测量 B.电压U的测量 C.电流I的测量 D.导线长度的测量 解析 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.,A,3.某小组的两位同学采用“伏安法”测金属丝的电阻实验中;根据同一组数据进行正确描点后,甲、乙两位同学根据自己的理解各做出一条图线,如图12所示,根据你对实验的理解,你认为 同学的图线正确,根据你选择的图线算出该金属丝的电阻为 .(保留两位有效数字),图12,解析 当金属丝两端电压为零时,通过的电流也为 零,因此图线必过原点,故甲同学的图线正确;在甲 同学画的图线上距原点较远的地方取一个点,其坐 标值为(0.4 A,1.52 V),故金属丝电阻为: 答案 甲 3.8(3.73.9均可),4.(1)用游标为50分度的游标卡尺测量某工件的 长度时,示数如图13所示,则测量结果应该读作 mm.,图13,(2)用螺旋测微器测圆柱体的直径时,示数如图14所 示,此示数为 mm.,图14,解析 (1)游标为50分度的卡尺,其精确度为0.02 mm, 主尺示数为10 mm,游标上第20格与主尺对齐,示数 为200.02 mm=0.40 mm,所以正确的结果为10 mm +0.40 mm=10.40 mm. (2)使用螺旋测微器读数时,先读出套筒上固定刻度 的整毫米数,再看半毫米刻度线是否露出.若已露出, 应加上0.5 mm,然后再以固定刻度的水平线为基准, 读出可动刻度上的格数(含估读)0.01 mm.读数 为:2.5 mm+0.220 mm=2.720 mm. 答案 (1)10.40 (2)2.720,5.在“探究电阻的决定因素”的实验中,用电压表 测得金属丝两端的电压U,用电流表测得通过金属 丝中的电流I,用螺旋测微器测得金属丝的直径d, 测得数据如图15所示,请从图中读出U= V, I= A,d= m.,图15,解析 注意到本实验电压表用03 V挡,读得电压表 读数为1.70 V,注意应读到最小刻度的 倍.电流 表用00.6 A挡,读得电流表读数为0.48 A,注意应 读到最小刻度的 位.螺旋测微器的读数为0.485 mm =0.48510-3 m.读数时注意固定刻度上表示半毫米 的刻线是否已露出,读取可动刻度尺上的数据时应 注意估读一位. 答案 1.70 0.48 0.48510-3,6.在“探究电阻的决定因素”的实验中,某同学进行 了如下测量: (1)用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属丝的有效长度.测量3次,求出其平均值l.其中一次测量结果如图16甲所示,金属丝的另一端与刻度尺的零刻线对齐,图中读数为 cm.用螺旋测微器测量金属丝的直径,选不同的位置测量3次,求出其平均值d.其中一次测量结果如图乙所示,图中读数为 mm.,(2)采用图17所示的电路测量金属丝的电阻.电阻的 测量值比真实值 (填“偏大”或“偏小”). 最后由公式 = 计算出金属丝的电阻率(用 直接测量的物理量表示).,图16,图17,(3)请你根据以上的电路图在图18中进行实物连线. 电流表选0.6 A量程,电压表选3 V量程.,图18,解析 本题考查探究电阻的决定因素的实验原理、误 差分析及实物图的连接. (1)金属丝的长度为24.12 cm24.14 cm. 直径读数为0.518 mm0.519 mm. (2)采用电流表外接法,由于电压表的内阻不是无穷 大,电压表有分流,从而电流表的测量值大于真实值, 由R= 可知,电阻的测量值小于真实值. 由R= ，可得,答案 (1)24.1224.14 0.5180.519 (2)偏小 (3)见解析图,(3)实物连接如下图,7.生活中使用的电烙铁是一种合金,试根据材料回 答下列问题: (1)所谓合金,就是不同种金属(也包括一些非金 属)在熔化状态下形成的一种熔合物,或冷却后的 固体,下列四种金属难与表中其他金属形成二元 合金的是 . A.Fe B.Zn C.Ag D.W,(2)某兴趣小组想测定某种电烙铁合金丝的电阻率, 用螺旋测微器测出合金丝的直径如图19所示,则示 数为 mm.,图19,(3)某同学将合金丝接在电动势E=2.0 V的电源上,通过 改变合金丝的长度l测得流过导线的电流的倒数如下表 所示:,请在图20中绘出电流的倒数与合金丝长度的关系 图象,并由此求出导线的电阻率.,图20,解析 (1)因为Zn和W这两种金属的熔点和沸点与其 他金属的熔点和沸点相差太大,难与表中其他金属 形成二元合金,故选B、D. (2)螺旋测微器的示数为6.005 mm. (3)根据表中的测量数据作出图象如图所示.由 及闭合电路的欧姆定律E=I(R+r),可得 E=I( +r),即 ，即 l,所以该直 线的斜率为k= .即 =kES,代入数据可求得 = 7.810-5 m.,答案 (1)BD (2)6.005 (3)见解析图 7.810-5 m,返回,