2019-2020年高中物理教科版选修3-1：第二章 直流电路 学案4.DOC

2019-2020年高中物理教科版选修3-1：第二章 直流电路 学案4学习目标定位 1.进一步掌握用伏安法测电阻的电路的设计思想.2.掌握螺旋测微器的读数方法.3.掌握探究决定导体电阻的因素的实验原理、实验过程及数据处理方法一、实验原理1把金属丝接入电路中，用伏安法测金属丝的电阻R(R)电路原理如图1所示图12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，求出电阻率二、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、滑动变阻器三、螺旋测微器1构造及原理：如图2所示，它的测砧A和固定刻度B固定在尺架C上，可动刻度E、旋钮D，微调旋钮D是与测微螺杆F连在一起的，并通过精密螺纹套在B上，精密螺纹的螺距是0.5 mm，即旋钮D每转一周，测微螺杆F前进或后退0.5 mm，可动刻度分成50等份，每一等份表示0.01_mm.图22使用方法：当A与F并拢时，可动刻度E的零点恰好跟固定刻度B的零点重合，逆时针旋转旋钮D，将测微螺杆F旋出，把被测物体放入A、F之间，再顺时针旋转旋钮D，使A、F正好接触被测物在使用时，F快要接触被测物时，要停止使用旋钮D，改用微调旋钮D.一、实验操作1实验步骤(1)测直径：用螺旋测微器在被测金属丝上三个不同位置各测一次直径，并记录图3(2)连电路：按如图3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丝的有效长度，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)图像法：可建立IU坐标系，将测量的U、I值描点作出图像，利用图像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时应测接入电路的金属丝的有效长度(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、螺旋测微器的读数L固定刻度示数可动刻度示数(估读一位)分度值注意(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(2)在读数时注意半毫米刻度线是否已露出例如(如图4所示)图4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一、仪器的选择和电路的设计例1在探究决定导体电阻的因素的实验中，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(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图5所示，读数为_mm.图5(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解析(1)螺旋测微器的读数为：15 mm27.40.01 mm1.774 mm.(2)在用伏安法测电阻的实验中，为使测量尽量精确，电流表、电压表指针需达到半偏以上，又因待测金属丝的额定电流为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答案(1)1.774(1.7721.776均正确)(2)A1E1见解析图二、数据处理和实物图的连线例2在探究决定导体电阻的因素的实验中，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6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6(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电路图如图所示(3)由电阻定律R，有.答案(1)螺旋测微器(2)见解析图(3)在“探究决定导体电阻的因素”的实验中，用螺旋测微器测量金属丝直径时的刻度位置如图7所示，用米尺测出金属丝的长度l，金属丝的电阻大约为5 ，先用伏安法测出金属丝的电阻R，然后根据电阻定律计算出该金属材料的电阻率图7(1)从图中读出金属丝的直径为_ mm.(2)为此取来两节新的干电池、电键和若干导线及下列器材：A电压表03 V，内阻10 kB电压表015 V，内阻50 kC电流表00.6 A，内阻0.05 D电流表03 A，内阻0.01 E滑动变阻器，010 F滑动变阻器，0100 要求较准确地测出其阻值，电压表应选_，电流表应选_，滑动变阻器应选_(填序号)实验中某同学的实物接线如图8所示，请指出该同学实物接线中的两处明显错误图8错误1：_错误2：_(3)若测得金属丝的直径用d表示，电阻用R表示，则该金属材料的电阻率_.答案(1)0.680(2)ACE导线连接在滑动变阻器的滑片上采用了电流表内接法(3)解析(1)从螺旋测微器的固定刻度上可以看出，半毫米刻度线已经露出来，因此主尺上应读0.5 mm，可动刻度上接近第18个刻度线，可以估读0.180 mm，所以该金属丝直径应为0.5 mm0.180 mm0.680 mm.(2)由电路图知电源是两节干电池，电动势是3 V，用3 V量程的电压表A；因为电阻丝的电阻大约为 5 ，如果把3 V的电动势全加在电阻丝上，电流才是0.6 A，因此用量程是0.6 A的电流表C；此题中金属丝的电阻大约为5 ，为了减小实验误差，应选10 的滑动变阻器E.(3)由R可得：.1在“探究决定导体电阻的因素”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“探究决定导体电阻的因素”的实验中，以下操作中正确的是()A用刻度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BD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，所以应采用电流表外接法，A、C错误故选B、D.4.某同学在一次“探究决定导体电阻的因素”的实验中，用刻度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1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：图1A直流电源E(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R1(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.5在“探究决定导体电阻的因素”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_(填器材前面的序号)(2)为减小实验误差，应选用如图2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5中的实物图用线连接起来图2图3(3)若用毫米刻度尺测得金属丝长度为60.00 cm，螺旋测微器测得金属丝的直径及两电表的示数如图4所示，则金属丝的直径为_ mm，电阻值为_ .图4答案(1)ADEGH(2)乙实物图见解析(3)0.637(0.6360.638均可)2.4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IA0.6 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A、D、E、G、H.(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0.637 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，被测金属丝的阻值为Rx2.4 .6(xx北京21)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5所示，其读数应为_mm(该值接近多次测量的平均值)图5(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的电路图是采用图6中的_图(选填“甲”或“乙”)图6(3)图7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7(4)这个小组的同学在坐标纸上建立U、I坐标系，如图8所示，图中已标出了与测量数据对应的4个坐标点请在图中标出第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8(5)根据以上数据可以估算出金属丝电阻率约为_(填选项前的字母)A1102 m B1103 mC1106 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图像处理数据求金属丝电阻可以减小偶然误差答案(1)0.398(0.3970.399均正确)(2)甲(3)见解析图(4)见解析图4.4(4.34.7均正确)(5)C(6)CD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两端电压的最小值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)如图甲所示甲(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，偏离较远的点应舍去，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(6)由于读数引起的误差属于偶然误差，选项A错误；由于电流表、电压表内阻引起的误差为系统误差，若将电流表和电压表的内阻计算在内，则可以消除系统误差，选项B错误，选项C正确；利用UI图像处理数据，相当于多次测量取平均值，可以减小偶然误差，选项D正确