【金版教程】2015届高考物理大一轮总复习 专题精讲 实验七 测定金属的电阻率课件

实验七测定金属的电阻率 01主干回顾固基础 【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 【实验原理】1. 游标卡尺的构造、原理及读数(1)构造 (如图)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)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份刻度，它的刻度部分的总长度比主尺上的同样多的小等份刻度少1 mm.常见的游标卡尺的游标尺上小等份刻度有10个的、20个的、50个的，见下表：刻度格数(分度)刻度总长度每小格与1 mm的差值精确度(可准确到)10 9 mm 0.1 mm 0.1 mm20 19 mm 0.05 mm 0.05 mm50 49 mm 0.02 mm 0.02 mm (3)读数若用L0表示由主尺上读出的整毫米数，x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，则其读数为LL0kx，其中k为精确度 2. 螺旋测微器的构造、原理及读数(1)螺旋测微器的构造如下图所示是常用的螺旋测微器它的测砧A和固定刻度S固定在尺架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 (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(mm)固定刻度数(mm)(注意半毫米刻度线是否露出)可动刻度数(估读一位)0.01(mm) 3. 伏安法测电阻(1)电流表的内接法和外接法的比较内接法外接法电路图误差原因电流表分压U测UxUA电压表分流I测IxIV (2)两种电路的选择阻值比较法：先将待测电阻的估计值与电压表、电流表内阻进行比较，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 实验试探法：按如图所示接好电路，让电压表一根接线柱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；如果电流表的示数有较大的变化，而电压表的示数变化不大，则可采用电流表内接法 (3)滑动变阻器的限流式接法和分压式接法接法限流式接法分压式接法电路图 接法限流式接法分压式接法特点用电器和滑动变阻器的一部分串联，另一部分不起作用；调节电压的范围不能从零开始变化；闭合开关前一定要使滑片P置于B端用电器和滑动变阻器的一部分并联后和另一部分串联；电压可以从零调节到最大值；合上开关前滑片应在A端，以使负载Rx的电压和电流最小适用条件滑动变阻器的最大阻值和用电器的阻值差不多且要求电压不从零开始变化，通常情况下，由于限流式结构简单、耗能小，优先使用限流式滑动变阻器的最大阻值远小于待测电阻的阻值；电压要求从零变化；实验仪器最大允许电流、电压不够，即连成限流式接法时，电压或电流超过电表量程 (4)仪器选择的三个原则安全性原则：通过电源、电阻、电流表、电压表等的电流不能超过其允许的额定电流精确性原则：根据实验的需要，选取精度合适的仪器，以尽可能的减小实验误差电压表、电流表指针的偏角要大于满偏的三分之一 操作方便：实验时要调节方便，易于操作，比如对滑动变阻器，如果是用分压法连入电路的，则应选用小量程的滑动变阻器，只有这样，在移动滑片时，相应的用电器上的电压变化才会明显；如果选用大量程的滑动变阻器，就会出现在移动滑片时，刚开始时用电器上的电压几乎不变，过了某位置后又突然增大的现象，不易操作 【实验器材】毫米刻度尺、螺旋测微器、直流电流表和直流电压表、滑动变阻器(阻值范围050 )、电池组、开关、被测金属丝、导线若干【实验步骤】 2. 将金属丝两端固定在接线柱上悬空挂直，用毫米刻度尺测量接入电路的金属丝长度(即有效长度)，反复测量三次，求出平均值l.3. 按照原理图(如图所示)连好电路 4. 把滑动变阻器调到接入电路中的电阻值最大的位置，检查无误后，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值和电压值记录在表格中，断开S，求出金属丝电阻Rx的平均值5. 整理仪器 【数据处理】1. 在求Rx的平均值时可用两种方法： 【误差分析】1. 金属丝直径、长度的测量带来误差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 【注意事项】1螺旋测微器的使用(1)测量前须校对零点：先使测砧A与测微螺杆P并拢，观察可动刻度的零刻度线与固定刻度的轴向线是否重合，以及可动刻度的边缘与固定刻度的零刻度线是否重合，不重合时，用存放在螺旋测微器盒中的工具调节，直到完全重合为止 (2)测量时，当测微螺杆P将要接触被测物体时，要停止使用旋钮K，改用微调旋钮K，以避免P和被测物体间产生过大的压力这样，既可以保护仪器，又能保证测量结果准确当听到“咔、咔”声后，停止转动，即可读数(3)螺旋测微器应估读一位，即以mm作单位，应读到小数点后面第三位(4)为防止读出的数据出现差错，可在读数前估计大概读数值，若发现最后读数与开始估计数值相差较大，立即检查出错原因，如半毫米刻度线是否露出 2测定金属的电阻率(1)为了方便，测量直径应在导线连入电路前进行，为了准确测量金属丝的长度，应该在连入电路之后在拉直的情况下进行，测量待测导线接入电路的两个端点之间的长度(2)本实验中被测金属丝的电阻值较小，故须采用电流表外接法(3)开关S闭合前，滑动变阻器的阻值要调至最大(4)电流不宜太大(电流表用00.6 A量程)，通电时间不宜太长，以免金属丝温度升高，导致电阻率在实验过程中变大 (5)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、待测金属丝、滑动变阻器连成干路，然后再把电压表并联在待测金属丝的两端 02典例突破知规律 考点1基本仪器的读数典例透析2012课标全国卷某同学利用螺旋测微器测量一金属板的厚度该螺旋测微器校零时的示数如图(a)所示，测量金属板厚度时的示数如图(b)所示图(a)所示读数为_mm，图(b)所示读数为_mm，所测金属板的厚度为_mm. 尝试解答0.010(填0.009或0.011同样给分)6870(填6.869或6.871同样给分)6860(答案在6.8586.862范围内同样给分)螺旋测微器的精确度为0.01 mm，固定刻度读数时要注意半毫米刻度线是否露出，可动尺读数时要估读到毫米的千分位图(a)所示读数为1.00.01 mm0.010 mm.图(b)所示固定刻度读数为6.5 mm，可动尺读数为37.00.01 mm0.370 mm，图(b)所示读数为(6.50.370) mm6.870 mm.金属板的厚度为(6.8700.010) mm6.860 mm. 变式训练(1)某学生用螺旋测微器测量不同金属导线的直径，其示数如图(a)(b)(c)所示，该金属导线的直径读数为：(a)_mm(b)_mm(c)_mm (2)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(d)所示，则测量结果应该读作_mm. (3)正确读出图中各表的读数：如图(e)，接03 V量程时读数为_V；接015 V量程时读数为_V.如图(f)，接03 A量程时读数为_ A；接00.6 A量程时读数为_ A. 解析：(1)(a)读数4.5 mm9.20.01 mm4.592 mm(b)读数1.5 mm38.00.01 mm1.880 mm(c)读数8.5 mm10.00.01 mm8.600 mm.(2)读数10 mm200.02 mm10.40 mm(3)读数2.18 V读数10.8 V.读数0.80 A，读数0.028 A估读部分0.160 A. 答案：(1)(a)4.592(4.5914.594均对) (b)1.880(1.8791.881均对) (c)8.600(8.5998.601均对)(2)10.40 (3)2.1810.80.800.160 考点2实验过程及数据处理典例透析2013北京高考某同学通过实验测定一个阻值约为5 的电阻RX的阻值 (1)现有电源(4 V，内阻可不计)、滑动变阻器(050 ，额定电流2 A)、开关和导线若干，以及下列电表：A电流表(03 A，内阻约0.025 )B电流表(00.6 A，内阻约0.125 )C电压表(03 V，内阻约3 k)D电压表(015 V，内阻约15 k) 为减小测量误差，在实验中，电流表应选用_，电压表应选用_(选填器材前的字母)；实验电路应采用图1中的_ (选填“甲”或“乙”) (2)图2是测量RX的实验器材实物图，图中已连接了部分导线请根据在(1)问中所选的电路图，补充完成图2中实物间的连线图2 图3 (4)若在(1)问中选用甲电路，产生误差的主要原因是_；若在(1)问中选用乙电路，产生误差的主要原因是_(选填选项前的字母)A电流表测量值小于流经RX的电流值B电流表测量值大于流经RX的电流值C电压表测量值小于RX两端的电压值D电压表测量值大于RX两端的电压值 (5)在不损坏电表的前提下，将滑动变阻器滑片P从一端滑向另一端，随滑片P移动距离x的增加，被测电阻RX两端的电压U也随之增加，下列反映Ux关系的示意图中正确的是_ 尝试解答(1)BC甲(2)如图所示 (3)5.2(4)BD(5)A (2)见答案(4)甲电路中产生误差的原因是由于电压表的分流作用，使电流表的示数大于流过RX的电流，选项B正确；乙电路的误差来源于电流表的分压作用，电压表示数为RX和电流表的电压之和，选项D正确 变式训练2012北京高考在“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1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1 2 3 4 5 6 7U/V 0.10 0.30 0.70 1.00 1.50 1.70 2.30I/A 0.020 0.060 0.160 0.220 0.340 0.460 0.520 由以上实验数据可知，他们测量RX是采用图2中的_图(选填“甲”或“乙”) (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)A1102 mB1103 mC110 6 m D1108 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_(有多个正确选项)A用螺旋测微器测量金属丝直径时，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UI图象处理数据求金属丝电阻可以减小偶然误差 解析：(1)主尺半刻度线未露出，读数为0 mm，螺旋尺的读数为39.80.01 mm0.398 mm，所以此螺旋测微器读数为(00.398)mm0.398 mm. (3)实物连图时要注意：开关闭合前，滑动变阻器应处于零阻值处，以使待测电阻的分压最小；应保证开关能控制整个电路的通断；电流从电压表和电流表正极流入 (4)在坐标系中描出2、4、6次测量数据对应的点，然后连线由于第6个数据描点偏差太大，舍弃不用；图线的斜率即为RX的阻值，由图象可知，RX4.4 . (6)由于读数而引起的误差是偶然误差，由于电压表与电流表的内阻而引起的误差是系统误差，A、B错误若将电流表和电压表的内阻计算在内，则消除了电表内阻对实验的影响，即消除了由测量仪表引起的系统误差，C正确用UI图象处理数据，体现了多次测量求平均值的思想，而且剔除了个别偶然误差比较大的点，如图线中的第6个点，D正确 答案：(1)0.398(0.3950.399均正确)(2)甲(3)见解析(4)见解析4.4(4.34.7均正确)(5)C(6)CD 考点3“替代法”对电阻的测量典例透析2012广东高考某同学测量一个圆柱体的电阻率，需要测量圆柱体的尺寸和电阻(1)分别使用游标卡尺和螺旋测微器测量圆柱体的长度和直径，某次测量的示数如图甲和图乙所示，长度为_cm，直径为_mm. (2)按图丙连接电路后，实验操作如下：将滑动变阻器R1的阻值置于最_(选填“大”或“小”)处；将S2拨向接点1，闭合S1，调节R1，使电流表示数为I0； 将电阻箱R2的阻值调至最_(选填“大”或“小”)，将S2拨向接点2；保持R1不变，调节R2，使电流表示数仍为I0，此时R2阻值为1280 ；由此可知，圆柱体的电阻为_. 尝试解答(1)5.01_5.315_(2)大_大_1280(1)游标卡尺的读数为l(500.11) mm50.1 mm5.01 cm.螺旋测微器的读数为d(531.50.01) mm5.315 mm.(2)电学实验的设计要遵循科学性原则、安全性原则和准确性原则此电路中滑动变阻器是以限流方式接入电路中的，故在步骤中合上开关前应使其接入电路中的阻值为最大，以保证电路安全同理步骤中亦将电阻箱R 2的阻值调至最大 等效法的应用 (1)在效果不变的条件下，对研究背景进行分解、变换、替代、重组，使它们更符合各种理想化模型或规律，从而把复杂问题转化为简单问题或常见问题 (2)明确两个不同的物理现象或物理过程的等效条件、范围及物理意义，达到准确应用等效法的目的 (3)保证效果相同是应用等效法的前提 变式训练如图为测量电阻Rx的电路原理图，R为电阻箱，R为起保护作用的滑动变阻器，电源E的电动势约为6 V，S为单刀双掷开关，电流表量程为0.6 A. (1)以下四种规格的滑动变阻器，最适合本实验的是_A1 B. 10 C. 100 D. 1000 (2)请在图中以笔画线代替导线按实验原理图将实物图补充完整 ( 3 )请简述测量待测电阻R x的实验步骤_(4)一同学想利用本实验电路测电源电动势，需将开关掷于_位置该电路滑动变阻器R接入电路部分的电阻未知，能否测出电源的内阻r？_. 解析：本题考查了等效替代法测电阻的原理及滑动变阻器的选择(1)由实验电路可知，滑动变阻器在电路中起限流作用，因为电源E的电动势约为6 V，电流表量程为0.6 A，要想滑动变阻器起到保护作用，合适的应该是10 的滑动变阻器(2)根据电路图可将实物图补充完整，如图所示(3)在测量Rx时，先将开关掷于a，记下电流表示数I；再将开关掷于b，调节电阻箱R，使电流表示数达到I，电阻箱读数即为Rx阻值 (4)要测电源电动势，需将开关掷于b位置，调节电阻箱取不同阻值，记录不同阻值及对应电流值，可求得电源电动势，而如果不知道滑动变阻器的电阻，就只能求出电源内阻和滑动变阻器接入电路的电阻之和，无法测出电源的内阻答案：(1)B(2)如图所示(3)将开关S掷于a，记下电流表示数I；将开关S掷于b，调节电阻箱R，使电流表示数达到I，电阻箱读数即为Rx阻值(4)b不能 考点4用表格图象分析实验数据典例透析2011浙江高考在“探究导体电阻与其影响因素的定量关系”实验中，为了探究3根材料未知、横截面积均为S0.20 mm2的金属丝a、b、c的电阻率，采用如图所示的实验电路，M为金属丝c的左端点，O为金属丝a的右端点，P是金属丝上可移动的接触点在实验过程中，电流表读数始终为I1.25 A，电压表读数U随OP间距离x的变化如下表： x/mm 600 700 800 900 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2100 2200 2300 2400U/V 3.95 4.50 5.10 5.90 6.50 6.65 6.82 6.93 7.02 7.15 7.85 8.50 9.05 9.75 (1)绘出电压表读数U随OP间距离x变化的图线；(2)求出金属丝的电阻率，并进行比较尝试解答(1)如图所示 (2)见解析 变式训练某同学在做课题研究时，打算测定自来水的电阻率他先在一根均匀的长玻璃管两端各装了一个电极，两电极相距L0.700 m，其间充满待测的自来水，并设计如图甲所示电路选用器材如下：电压表(量程15 V，内阻约30 k)、电流表(量程300 A，内阻约50 )、滑动变阻器(100 、1 A)、电池组(电动势E12 V，内阻r6 )、单刀单掷开关一个、导线若干 下表是他测量通过管中自来水柱的电流及两端电压的实验数据实验中他还用20分度的游标卡尺测量了玻璃管的内径，结果如图乙所示U/V 1.0 3.0 5.0 7.0 9.0 11.0I/A 22 65 109 155 190 240 根据以上材料，请回答下面的问题：(1)玻璃管内径d的测量值为_cm.(2)根据上表数据在下图坐标中作出UI图象，并根据图象求出电阻R_ . (3)用直接测量值计算自来水电阻率的公式是_，测量值为_m(保留两位有效数字)(4)请你根据设计好的电路连接实物图 解析：(1)(30140.05) mm30.70 mm3.070 cm(2) (4)