2019-2020年高中物理 第二章 第8讲 实验 测定金属的电阻率教学案 新人教版选修3-1.doc

2019-2020年高中物理 第二章 第8讲 实验 测定金属的电阻率教学案 新人教版选修3-1目标定位1.掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法.2.掌握螺旋测微器的使用方法和读数方法.3.学会利用伏安法测电阻，进一步测出金属丝的电阻率1电阻的定义式R，电阻的决定式R，金属的电阻率随温度的升高而增大，半导体的电阻率随温度升高而减小2滑动变阻器分压、限流电路的选择(1)下列两种情况必须选择分压式：待测电阻两端的电压要求从0调节；滑动变阻器的总阻值比待测电阻小得多(2)当滑动变阻器阻值与待测电阻差不多或比待测电阻稍大，且不要求电压从0调节，可用限流式接法3电流表内、外接法的选择：当测大(填“大”或“小”)电阻或时，用电流表内接法；当测小(填“大”或“小”)电阻或时，用电流表外接法4测金属电阻率的实验原理和器材(1) 把金属丝接入电路中，用伏安法测金属丝的电阻R(R)由于金属丝的电阻较小，选择电流表外接法；由于不要求电压必须从0调，所以一般可以选择滑动变阻器限流式接法请在线框内画出实验电路原理(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(S)(3)由电阻定律R，得，求出电阻率5测金属电阻率的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、滑动变阻器一、测定金属电阻率实验操作1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，并记录图281(2)连电路：按如图281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，反复测量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2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.3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时应测接入电路的电阻丝的有效长度(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二、螺旋测微器的原理及读数方法1构造：如图282所示，B为固定刻度，E为可动刻度图2822原理：测微螺杆F与固定刻度B之间的精密螺纹的螺距为0.5 mm，即旋钮D每旋转一周，F前进或后退0.5 mm，而可动刻度E上的刻度为50等份，每转动一小格，F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：(1)测量时被测物体长度的半毫米数由固定刻度读出，不足半毫米部分由可动刻度读出(2)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)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，不能省略图283(2)在读数时注意半毫米刻度线是否已露出例如(如图283所示)甲图读数为：2 mm32.00.01 mm2.320 mm乙图读数为：13.5 mm37.00.01 mm13.870 mm典例分析例1在测定金属的电阻率的实验中，可供选用的器材如下：待测金属丝：Rx(阻值约4 ，额定电流约0.5 A)；电压表：V(量程3 V，内阻约3 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(电源电压为3 V)；E2(电源电压为12 V)；滑动变阻器：R(最大阻值约20 )；螺旋测微器；毫米刻度尺；开关S；导线图284(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图284所示，读数为_ mm.(2)若滑动变阻器采用限流式接法，为使测量尽量精确，电流表应选_，电源应选_(均填器材代号)，在虚线框中完成电路原理图 答案(1)1.773(1.7711.775均正确)(2)A1E1电路原理图见解析图解析(1)螺旋测微器的读数为：15 mm27.30.01 mm1.773 mm.(2)在用伏安法测电阻的实验时，为使测量尽量精确，则电流表、电压表指针需达到半偏以上，又因待测电阻丝的额定电流为0.5 A，所以电流表选A1，电源选E1即可电路原理图如图所示例2在测定金属的电阻率的实验中，金属丝长约0.8 m，直径小于1 mm，电阻在5 左右，实验步骤如下：(1)用米尺测量金属丝的长度，测三次，求出平均值l，在金属丝的不同位置用_测量直径，求出平均值d.(2)用伏安法测量金属丝的电阻R.试把图285中所给的器材连接成测量R的合适的电路图中电流表的量程为00.6 A，内阻接近1 ，电压表的量程为03 V，内阻为几千欧，电源的电动势为6 V，滑动变阻器的阻值为020 ，在闭合开关前，滑动变阻器的滑片应处于正确位置图285 (3)用上面测得的金属丝长度l、直径d和电阻R，可根据电阻率的表达式_算出所测金属的电阻率答案见解析解析(1)金属丝的直径用螺旋测微器测量(2)连电路图时，由于被测金属丝的电阻值较小，因此应采用电流表外接法，并且滑动变阻器采取限流式接法，闭合开关前，滑动变阻器的滑片应处在最大阻值处(3)由电阻定律R，有.(时间：60分钟)1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的测量答案A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2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() 答案D解析金属阻值较小，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3在“测定金属的电阻率”的实验中，以下操作中错误的是()A用米尺测量金属丝的全长，且测量三次，算出其平均值，然后再将金属丝接入电路中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，采用电流表内接法，多次测量后算出平均值D实验中应保持金属丝的温度不变答案AC解析实验中应测量出金属丝接入电路中的有效长度，而不是全长；金属丝的电阻很小，与电压表内阻相差很大，使金属丝与电压表并联，电压表对它分流作用很小，应采用电流表外接法故A、C操作错误4“探究导体电阻与导体长度、横截面积、材料的关系”的实验电路如图286所示，a、b、c、d是四种不同的金属丝现有四根镍铬合金丝和两根康铜合金丝，其规格如下表所示图286编号材料长度/m横截面/mm2A镍铬合金0.80.8B镍铬合金0.50.5C镍铬合金0.30.5D镍铬合金0.31.0E康铜合金0.30.5F康铜合金0.80.8(1)电路中四种金属丝应分别选用上表中的_(用编号表示)(2)某学生对实验数据分析归纳出：电路图中四种金属丝的电阻R与长度L、横截面积S的关系可用比例式R来表示你认为是否正确，为什么？_(3)在交流合作时，有位同学提出用如图287所示的电路，只要将图中P端分别和1、2、3、4相接，读出电流，利用电流跟电阻成反比的关系，也能探究出导体电阻与其影响因素的定量关系，请你对其作出评价图287答案(1)BCDE(2)不正确，因为它们的材料不完全相同(3)不能探究出实验过程中无法保证每次金属丝两端的电压相等解析(1)本实验采用的是控制变量法，分别选用导体材料相同、横截面积相同时，导体的长度不同，B、C符合要求；选用导体材料相同、长度相同时，导体的横截面积不同，C、D符合要求；选用导体横截面积相同、长度相同时，导体的材料不同，C、E符合要求故选B、C、D、E.图2885某同学在一次“测定金属的电阻率”的实验中，用米尺测出接入电路部分的金属丝长度为l0.720 m，用螺旋测微器测出金属丝直径(刻度位置如图288所示)，用伏安法测出金属丝的电阻(阻值大约为5 )，然后计算出该金属材料的电阻率在用伏安法测定金属丝的电阻时，除被测金属丝外，还有如下实验器材：A直流电源(输出电压为3 V)B电流表A(量程00.6 A，内阻约0.125 )C电压表V(量程03 V，内阻3 k)D滑动变阻器(最大阻值20 )E开关、导线等(1)从图中读出金属丝的直径为_ mm.(2)根据所提供的器材，在虚线框中画出实验电路图(3)若根据伏安法测出金属丝的阻值为Rx4.0 ，则这种金属材料的电阻率为_ m(保留两位有效数字)答案(1)0.600(2)如图所示(3)1.6106解析(3)由R得，将Rx4.0 、l0.720 m、d0.600 mm0.600103 m代入得1.6106 m.6在“测定金属的电阻率”的实验中，待测金属丝的电阻Rx约为5 ，实验室备有下列实验器材：A电压表(量程03 V，内阻约为15 k)B电压表(量程015 V，内阻约为75 k)C电流表(量程03 A，内阻约为0.2 )D电流表(量程00.6 A，内阻约为1 )E变阻器R1(0100 ，0.6 A)F变阻器R2(02 000 ，0.1 A)G电池组E(电动势为3 V，内阻约为0.3 )H开关S，导线若干(1)为减小实验误差，应选用的实验器材有_(填代号)(2)为减小实验误差，应选用图289中_(选填“甲”或“乙”)为该实验的电路原理图，并按所选择的电路原理图把图2810中的实物图用线连接起来图289图2810(3)若用毫米刻度尺测得金属丝长度为60.00 cm，用螺旋测微器测得金属丝的直径及两电表的示数如图2811所示，则金属丝的直径为_ mm，电阻值为_ .图2811答案(1)ADEGH(2)乙实物图见解析(3)0.6352.4解析(1)由于电源的电动势为3 V，所以电压表应选A；被测电阻约为5 ，电路中的最大电流约为I A0.6 A，电流表应选D；根据变阻器允许通过的最大电流可知，变阻器应选E；还要选用电池和开关，导线若干故应选用的实验器材有ADEGH.(2)由于应采用电流表外接法，应选图乙所示电路，实物连接如图所示 (3)从螺旋测微器可以读出金属丝的直径为0.635 mm，从电压表可以读出电阻两端电压为1.20 V，从电流表可以读出流过电阻的电流为0.50 A，被测电阻的阻值为Rx 2.4 .7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2812所示，其读数应为_mm(该值接近多次测量的平均值)图2812(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2813中的_图(选填“甲”或“乙”)图2813(3)图2814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2814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图2814(4)这个小组的同学在坐标纸上建立U、I坐标系，如图2815所示，图中已标出了与测量数据对应的4个坐标点请在图2815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)图2815(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)A1102m B1103mC1106m D1108m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解析(1)螺旋测微器的读数为0 mm39.80.01 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RxRV，故电流表外接若滑动变阻器接为限流的形式，则Rx两端的电压最小值UminE0.6 V，而从实验数据可知Rx两端电压可为0.10 V，因此滑动变阻器应采用分压的形式(3)如甲图所示甲(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，如图乙所示乙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 m1.09106 m，故选项C正确