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第3讲实验:测定金属的电阻率(同时练习使用螺旋测微器)描绘小电珠的伏安特性曲线知识建构技能建构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.一、实验目的(一)测定金属的电阻率(同时练习使用螺旋测微器)知识建构技能建构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2.掌握螺旋测微器及游标卡尺的原理及读数方法.知识建构技能建构(1)螺旋测微器的构造如图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.1.螺旋测微器的构造原理及读数知识建构技能建构(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. 知识建构技能建构(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)知识建构技能建构 内接法外接法电路图误差原因电流表分压U测=Ux+UA电压表分流I测=Ix+IV电阻测量值R测=Rx+RA测量值大于真实值R测=Rx测量值小于真实值适用条件RARxRVRxUI测测UI测测VVxRRR(1)电流表的内接法和外接法的比较2.伏安法测电阻知识建构技能建构口诀大内偏大(大电阻用电流表内接法测量,测量值偏大)小外偏小(小电阻用电流表外接法测量,测量值偏小)知识建构技能建构(2)伏安法测电阻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.简单概括为“大内偏大,小外偏小”.临界值计算法:Rx 时,用电流表内接法.VAR RVAR R知识建构技能建构3.电阻率的测定原理知识建构技能建构三、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,直流电源,开关,被测金属丝,导线若干.知识建构技能建构1.求导线横截面积S,在准备好的金属丝上三个不同位置用螺旋测微器各测一次直径,求出其平均值d,S=.2d4四、实验步骤2.按照原理图(如图所示)连好用伏安法测电阻的实验电路.知识建构技能建构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,改变滑动变阻器滑动片的位置,读出几组相应的电流值和电压值记录在表格中,断开S,求出导线电阻Rx的平均值.次数UIRR平均值1 2 3 3.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.知识建构技能建构1.在求Rx的平均值时可用两种方法5.整理仪器.五、数据处理(1)第一种是用Rx=算出各次的数值,再取平均值.UI知识建构技能建构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=Rx= .六、误差分析Sl2d U4lI(2)第二种是用U-I图线的斜率求出.知识建构技能建构2.测量电路中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.lS1.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.七、注意事项知识建构技能建构(1)测量前须校对零点:先使小砧A与测微螺杆P并拢,观察可动刻度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,用存放螺旋测微器盒中的工具调节,直到完全重合为止.1.螺旋测微器的使用知识建构技能建构(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,止动,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.知识建构技能建构2.测定金属的电阻率(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,如半毫米刻线是否露出.(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.知识建构技能建构(3)开关S闭合前,滑动变阻器的阻值要调至最大.(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.(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.知识建构技能建构(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.八、实验改进 在本实验中，由于电表内电阻的影响，从而使金属导线电阻测量值偏小，可以改进实验电路，消除由于电表内阻的影响而带来的实验差。知识建构技能建构1.等效替换法连接电路如图甲所示R为电阻箱,Rx为待测电阻,通过调节电阻箱R,使单刀双掷开关S分别接1和2时,若电流表中的电流示数相同,就表明Rx=R,即可测出Rx.知识建构技能建构2.附加电阻法连接电路如图乙所示,R1为一阻值较大的固定电阻,Rx为待测电阻.(1)S2断开,闭合S1调节变阻器R,使电流表、电压表都有一个适当读数,记下两表读数I1、U1.(2)保持变阻器R不变,再闭合S2,记下两表的读数I2、U2.(3)待测电阻Rx=-.11UI22UI知识建构技能建构一、仪器的选取和实物图的连接知识建构技能建构 例1在“测定金属丝电阻率”实验中,若粗测金属丝的电阻Rx约为3 ,为尽可能减小误差,要求金属丝发热功率P0.75 W,知识建构技能建构(1)下述器材中应选用的是 (用字母代替).A.6 V电池组B.电流表(00.6 A,内阻0.5 )C.电流表(03 A,内阻0.01 )D.电压表(03 V,内阻1 k)E.电压表(015 V,内阻5 k)F.滑动变阻器(0100 ,额定电流1 A)G.滑动变阻器(020 ,额定电流1 A)知识建构技能建构(2)实验中用螺旋测微器测量导线直径时,可估读到 mm,用毫米刻度尺测量导线长度时,可估读到 mm. (3)在框内画出电路图;知识建构技能建构(4)在图甲中,将各器材连成实验电路.甲知识建构技能建构【名师点金】本题考查实验仪器的选择、螺旋测微器的读数、实验原理和实物图的连接及作图能力.使用刻度尺与螺旋测微器等测量时,要首先确定仪器的精度,确定是否估读;电学实验中,根据实验和题目给定的已知数据来选择合适的电流表和电压表以及确定电流表的内外接法;滑动变阻器的限流与分压,依据读数准确原则和操作方便的原则.知识建构技能建构【规范全解】(1)P100 mA,故电流表应选.【名师点金】电压表、电流表的选择主要考虑安全原则和精确原则,滑动变阻器的选择一般考虑安全原则和方便原则.知识建构技能建构(2)因为要求小电珠上的电压从0开始增大,应选用分压电路;而小电珠正常工作时R灯=13 RV=5 k,故电流表应选择外接法,其实验电路如图丙所示.丙UI3.80.3知识建构技能建构(3)在I-U图象中,图线斜率逐渐减小,小电珠的R逐渐增大;由P=知在P-U2图象中,图线的斜率应逐渐减小,故B正确;由P=I2R在P-I2图象中图线斜率R应逐渐增大,故D正确.【答案】(1)R1 (2)如图丙所示 (3)BD 2UR1R知识建构技能建构 例2表格中所列数据是测量小电珠U-I关系的实验数据: U(V)0.00.20.51.01.52.02.53.0I(A)0.0000.0500.1000.1500.1800.1950.2050.215二、实验数据的处理知识建构技能建构(1)分析表格内实验数据可知,应选用的实验电路图是图中的 (选填“甲”或“乙”).知识建构技能建构知识建构技能建构(2)在图丙所示的方格纸内画出小电珠的U-I曲线.分析曲线可知小电珠的电阻值随I变大而 (选填“变大”、“变小”或“不变”).(3)如图丁所示,用一个定值电阻R和两个上述小电珠组成串并联电路,连接到内阻不计、电动势为3 V的电源上.已知流过电阻R的电流是流过电珠L2电流的两倍,则流过电珠L1的电流约为 A. 知识建构技能建构【名师点金】描点后要用平滑的曲线连线;求解图丁电路时,根据两灯的电流关系和电压之和,采用逼近法从图中读出两灯的电压和电流.【规范全解】(1)从表中数据可看出,电珠两端电压可以从零开始调节,这说明滑动变阻器应选用分压接法,故应选用图甲.知识建构技能建构(2)在方格纸上根据U-I数据描点、连线,其U-I图象如图戊所示.随U和I的增大,图线上各点与坐标原点连线的斜率越来越大,故其电阻变大.戊知识建构技能建构(3)因流过电阻R的电流是流过电珠L2电流的两倍,则流过灯L1的电流是流过灯L2电流的3倍,而灯L1、L2两端的电压之和为3 V,在(2)描出的U-I图象中,找出一个电流I对应的电压U1,再找出3I对应的电压U2,直到U1+U2=3 V为止.最后得出结果,流过电珠L1的电流为0.21 A.【答案】(1)甲 (2)U-I图线如图戊所示变大 (3)0.21知识建构技能建构高考真题1 (2011年高考浙江理综卷)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S=0.20 mm2的金属丝a、b、c的电阻率,采用如图甲所示的实验电路.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I=1.25 A,电压表读数U随OP间距离的变化如下表:甲知识建构技能建构x/mmU/Vx/mmU/V6003.957004.508005.109005.9010006.5012006.6514006.8216006.9318007.0220007.1521007.8522008.5023009.0524009.75知识建构技能建构(2)求出金属丝的电阻率,并进行比较.乙(1)在图乙中绘出电压表读数U随OP间距离x变化的图线.知识建构技能建构【命题分析】本题考查学生处理数据的能力,要求学生以良好的实验操作和数据处理为基础,根据被测物理量的性质正确作图,并得出结论.有利于引导学生认真、踏实地做好每一个实验.【解析提示】根据电阻定律导出电阻率公式,用实验已知量S、I、U、l表示.注意公式中U、l为某一段导体接入部分的电压和接入长度,其中电压与电压表的示数不同.知识建构技能建构【规范全解】随着P与O间距离的增大,电压增大,接在电压表两端的电阻增大.当P一直向左移时,电压表分别测量一根、两根、三根金属丝的电压.图象的第一段为a金属丝的,第二段为a、b两段金属丝的, 第三段为a、b、c三段金属丝的.知识建构技能建构(1)图象如图丙所示.丙知识建构技能建构(2)= a= m=1.0210-6 mb= m=1.0410-8 mc= m=1.0410-6 m通过计算可知,金属丝a与c电阻率相同,远大于金属丝b的电阻率.【答案】见解析UISL62(6.503.95) 0.20 101.25 (10060) 1062(7.156.50)0.20 101.25 (200100) 1062(9.757.15) 0.20 101.25 (240200) 10知识建构技能建构考向预测1用伏安法测量电阻阻值R,并求出电阻率.某同学的测量电路如图丙所示.给定电压表、电流表、滑线变阻器、电源、开关、待测电阻及导线若干.知识建构技能建构(1)待测电阻是一均匀材料制成的金属丝(横截面为圆形),用尺测量其长度,用螺旋测微器测量其直径,结果分别如图甲和图乙所示.由图可知其长度为 cm,直径为 mm.甲知识建构技能建构乙知识建构技能建构(2)闭合开关后,发现电流表示数为零、电压表示数与电源电动势相同,则发生故障的是 (填“待测金属丝”、“滑动变阻器”或“开关”).知识建构技能建构(3)对照电路的实物连接在方框中画出正确的电路图.丙 知识建构技能建构(5)求出的电阻值R= (保留3位有效数字).(4)图丁中的6个点表示实验中测得的6组电流I、电压U的值,请在图中作出U-I图线.知识建构技能建构(6)请根据以上测得的物理量写出电阻率的表达式= .丁知识建构技能建构【解析】(1)金属丝左端读数0.00 cm,右端读数59.40 cm,所以金属丝长度为59.40 cm螺旋测微器读数为(0+43.40.01) cm=0.434 cm.(2)电流表示数为零,说明电路发生断路故障.电压表有示数,说明电压表接线柱与对应的电源正(负)极之间连接完好,可知待测金属丝没有连接或发生断路故障.知识建构技能建构(3)电路图如图戊所示.戊(4)作U-I直线,舍去左起第2点,其余5个点尽量靠近直线且均匀分布在直线两侧.(图略)知识建构技能建构(5)在U-I直线取离坐标原点较远的点,如(2 V,0.345 A)由欧姆定律解得R= =5.80 .UI20.345(6)由电阻定律R=可得:= .lS2RD4l知识建构技能建构【答案】(1)59.40 cm(59.3959.41 cm) 0.434 mm(0.4330.435 mm)(2)待测金属丝(3)如图戊所示(4)作U-I直线,舍去左起第2点,其余5个点尽量靠近直线且均匀分布在直线两侧(图略)(6) = 2RD4L(5)5.80 (5.606.00 )知识建构技能建构高考真题2 (2011年高考广东物理卷)在“描绘小电珠的伏安特性曲线”实验中,所用器材有:小电珠(2.5 V,0.6 W),滑动变阻器,多用电表,电流表,学生电源, 开关,导线若干.粗测小电珠的电阻,应选择多用电表 倍率的电阻挡(请填写“1”、“10”或“100”);调零后,将表笔分别与小电珠的两极连接,示数如图甲,结果为 .知识建构技能建构丙知识建构技能建构数据点abcdefU/V0.000.501.001.502.002.50I/A0.0000.1220.1560.1850.2160.244知识建构技能建构【解析提示】使用多用表欧姆挡测电阻时,应使指针指在中值附近以减小测量误差;题目给定了原理图,从正极出发,按照电路图顺序,逐个把元件联起来先主干后支干(分压式),量程的选择也要考虑.【命题分析】题目考查实验电路中多用电表的使用(一些比较细致的实验技巧)以及电珠的伏安特性曲线的相关问题,试题难度:较难.知识建构技能建构(3)为了保护电表和小电珠,开关闭合前,应将滑动变阻器的滑片置于a端,这样闭合开关后,小电珠两端的电压为零.为使小电珠的亮度增加,P应由中点向b端滑动.【规范全解】(1)若测电阻时用“1”挡,电阻约为7.6 ;若用“10”挡,电阻约为0.7 ,则指针偏转过小,读数时,误差较大,所以用“1”挡.知识建构技能建构(4)由图表中数据可以看出,电压等间隔地变化,ab间的电流变化的最大,所以应在ab间多测几组数据.【答案】(1)“1”挡 (2)如图丁所示 (3)a bab丁知识建构技能建构(1)如图甲是由某金属材料制成的电阻R随摄氏温度t变化的图象,若用该电阻与电池(电动势E=1.5 V,内阻不计)、电流表(量程为5 mA、内阻不计)、电阻箱R 串联起来,连接成如图乙所示的电路,用该电阻做测温探头,把电流表的电流刻度改为相应的温度刻度,就得到了一个简单的“金属电阻温度计”.考向预测2 一些材料的电阻随温度的升高而变化.知识建构技能建构(2)某实验小组研究一白炽灯两端电压与电流的关系,得到了如下表所示的一组数据,并描绘出其I-U图线如图丁所示.丁戊U(V)00.92.43.65.47.210.214.4I(mA)045120170210230250265知识建构技能建构【解析】(1)电阻随温度的升高而增大,由闭合电路欧姆定律I= 知:电阻较小时,电流较大,对应的温度较小.根据欧姆定律R= -R= -150 =150 由图线知:R=R0+kt=100+ t=100+t代入解得:t=50 .ERREI1.50.005180100100知识建构技能建构(2)图线上各点与坐标原点连线斜率的倒数为该状态时的灯丝电阻.随电压增大,各点与坐标原点连线斜率逐渐减小,所以白炽灯的电阻随电压的增大而增大.如图己所示.【答案】(1)较小50知识建构技能建构(2)增大如图己所示己知识建构技能建构
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