高三物理一轮复习 第7章 第4讲 实验七：探究导体电阻与其影响因素的定量关系课件.ppt

浙江专用物理 第4讲实验七 探究导体电阻与其影响因素的定量关系 一 螺旋测微器1 螺旋测微器的构造如图所示是常用的螺旋测微器 它的测砧A和固定刻度B固定在尺架C上 旋钮D 微调旋钮D 和可动刻度E 测微螺杆F连在一起 通过精密螺纹套在B上 2 螺旋测微器的原理测微螺杆F与固定刻度B之间的精密螺纹的螺距为0 5mm 即旋钮D每旋 转一周 F前进或后退0 5mm 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 01mm 即螺旋测微器的精确度为0 01mm 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半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 如图所示 固定刻度示数为2 0mm 可动刻度上读的示数为15 0 0 01mm 最后的读数为 2 0mm 15 0 0 01mm 2 150mm 2 用途 测量厚度 长度 深度 内径 外径 3 原理 利用主尺的最小刻度与游标尺的最小刻度的差值制成 二 游标卡尺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 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1mm 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 如图所示为50分度的游标卡尺 其读数为 10 40mm 2 调节范围 三 变阻器的分压接法和限流接法1 分压接法如图 a 限流接法如图 b 3 选择方法 1 通常情况下 指电路中电流或电压能达到要求的调节范围内且不超过测量电表量程 电流可调范围不超过电阻类元件或电源允许的最大电流等 由于限流电路能耗较小 结构连接简单 因此 优先考虑限流接法 如课本上各种学生实验 演示实验大都采用限流接法 2 在下面三种情况下必须要选择分压接法 要使某部分电路的电压或电流从零开始连续可调 只有分压电路才能满足 如果实验所提供的电压表 电流表量程或电阻元件允许通过的最大电流较小 采用限流接法时 无论怎样调节 电路中实际电流 电压 都会超 过电表量程或电阻元件允许的最大电流 为了保护电表或电阻元件免受损坏 必须要采用分压法连接电路 伏安法测电阻实验中 若所用的变阻器阻值远小于待测电阻阻值 采用限流接法时 即使变阻器触头从一端滑至另一端 待测电阻上的电流 电压 变化也很小 这不利于多次测量取平均值或用图像法处理数据 为了在变阻器阻值远小于待测电阻阻值的情况下能大范围地调节待测电阻上的电流 电压 应选择变阻器的分压接法 四 测电阻的特殊方法1 等效替换法连接电路如图所示 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 电流表中的电流示数相同 则表明Rx R 即可测出Rx 2 附加电阻法 连接电路如图所示 R1为一阻值较大的定值电阻 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 再闭合S2 调节变阻器R 使电流表 电压表都有一个适当读数 记下两表的读数I2 U2 3 待测电阻Rx 同 c与a横截面积不同 d与a材料不同 图中四段导体是串联的 每段导体两端的电压与它们的电阻成正比 因此 用电压表分别测量a b c d两端的电压 就能知道它们的电阻之比 比较a b的电阻之比与它们的长度之比 比较a c的电阻之比与它们的横截面积之比 比较a d的电阻是否相等 这样就可以得出长度 横截 五 探究导体电阻与其影响因素的定量关系1 如图所示 a b c d是四条不同的金属导体 在长度 横截面积 材料三个因素方面 b c d跟a相比 分别只有一个因素不同 b与a长度不 面积 材料这三个因素与电阻的关系 改变滑动变阻器滑片的位置 可以获得多组实验数据以得到更可靠的结论 2 实验结论 1 保持导线的材料和横截面积不变 导线的电阻R与导线长度l满足 R l 2 保持导线材料和长度不变 导线的电阻R与横截面积S满足 R 3 保持导线的长度和横截面积不变 导线的电阻与导线的材料有关 六 测金属的电阻率实验目的1 学会使用各种常用的电学仪器 会正确读数 2 学会使用螺旋测微器 并掌握正确读数方法 3 学会用伏安法测量电阻的阻值 会测定金属的电阻率 实验原理用毫米刻度尺测一段金属丝的长度l 用螺旋测微器测金属丝的直径d 用伏安法测金属丝的电阻R 利用公式R 得 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 开关 滑动变阻器和导线若干 实验步骤1 用螺旋测微器在金属丝的三个不同位置上各测一次 取直径d的平均值 然后计算出金属丝的横截面积S 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l 即有效长度 反复测量三次 求出平均值l 3 依照图中所示的电路图用导线把器材连好 并把滑动变阻器的阻值调至最大 4 电路经检查无误后 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表 电压表的示数I和U的值 填入记录表格内 断开开关S 求出电阻R的平均值 5 将测得的R l d值 代入电阻率计算公式 中 计算出该金属的电阻率 注意事项1 本实验中被测金属丝的电阻值较小 为了减小实验的系统误差 必须采用电流表外接法 2 测量被测金属丝的有效长度 是指测量待测金属丝接入电路的两个端点之间的长度 即电压表两并入点间的部分待测金属丝长度 测量时应将金属丝拉直 3 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 4 在用伏安法测电阻时 通过待测金属丝的电流I的值不宜过大 电流表用0 0 6A量程 通电时间不宜过长 以免金属丝的温度过高 造成其电阻率在实验过程中增大 5 求R的平均值可用两种方法 第一种是算出各次的测量值 再取平均值 第二种是用U I图像的斜率来求出 若采用图像法 在描点时 要尽量使点间的距离拉大一些 连线时要让各点均匀分布在直线两侧 个别明显偏离较远的点可以不予考虑 6 连接实物图时 所连的导线不要交叉 且要接到接线柱上 7 电流表与电压表读数时注意有效数字的位数 误差分析 误差来源1 直径的测量 2 长度的测量 3 测量电路中电流表及电压表对电阻测量的影响 4 通电电流的大小不同 通电时间的长短不同 致使金属丝发热而温度不同 电阻率随之变化 由于本实验采用电流表外接法 所以R测 R真 由 可知 测 真 1 测一个阻值约为25k 的电阻 备有下列器材 A 电流表 量程100 A 内阻2k B 电流表 量程500 A 内阻300 C 电压表 量程10V 内阻100k D 电压表 量程50V 内阻500k E 直流稳压电源 电动势15V 允许最大电流1A F 滑动变阻器 最大电阻1k 额定功率1W G 开关 导线若干 1 电流表应选 电压表应选 2 画出测量Rx的原理图 1 答案 1 BC 2 如图所示 解析本题中由于电压表C的量程小于电源电动势 而且其内阻也比电压表D的内阻小 所以有不少学生在选择电压表时很自然地选择D 实际上上述两个因素都可以通过选择恰当的电路加以解决 首先应考虑的是电压表D的量程远大于电源电动势 在测量时电压表的实际读数最大也达不到总量程的 所以选择D不恰当 而如果我们采用变阻器的分压接法和电流表的内接法 因为RA Rx 选择电压表C就比较恰当 既不会烧坏 也不会引起较大误差 再根据Imax A 4 10 4A 电流表应选择B 2 现用 伏安法 测量定值电阻Rx的阻值 约为20 30 所供器材如下 电压表V 量程0 15V 内阻20k 电流表A1 量程0 50mA 内阻20 电流表A2 量程0 300mA 内阻4 滑动变阻器R 最大阻值为50 额定电流为1A 直流电源E 电动势约9V 内阻约0 5 开关S导线若干在以上器材中选出适当的器材 画出电路图 要求在图上标出所选器材的符号 2 答案见解析图解析根据电源电动势和待测电阻最小值 通过估算可知电路中的最大电流不超过Imax A 0 45A 再比较待测电阻与电压表内阻 因相差非常大 故应采用电流表外接法 又因待测电阻与电流表A1的内阻接近 且A1量程较小 若用A1测量则电压表偏 角过小 不利于准确读数 因此电流表应选用A2 为防止通过电流表A2的电流超过其量程且能多测几组数据 变阻器应采用分压接法 电路图如图 3 在 测定金属的电阻率 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 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 3 答案 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 4 为了测量一微安表头A的内阻 某同学设计了如图所示的电路 图中A0是标准电流表 R0和RN分别是滑动变阻器和电阻箱 S和S1分别是单刀双掷开关和单刀单掷开关 E是电池 完成下列实验步骤中的填空 1 将S拨向接点1 接通S1 调节 使待测表头指针偏转到适当位置 记下此时的读数I 2 然后将S拨向接点2 调节 使 记下此时RN的读数 3 多次重复上述过程 计算RN读数的 此即为待测微安表头内阻的测量值 4 答案 1 R0标准电流表 或A0 2 RN标准电流表 或A0 的读数仍为I 3 平均值 典例1用伏安法测定一个阻值约为25k 定值电阻Rx的准确值 备用器材如下 为使测量的结果达到较高的准确度 则 1 测量电路应选择 电流表内接还是外接 2 控制电路应采用 限流电路或分压电路 3 电流表应选用 电压表应选用 此外 还有开关一个 导线若干 解析为提高测量的精确度 待测电阻两端电压变化范围要大些 故控制电路应接成分压电路 因Rx两端电压最大可达15V 仅为V2量程的 读数误差较大 因此电压表以选V1 0 10V 为宜 但实验中应注意不要使Rx两端电压超过10V 电路中的最大电流不会超过mA 0 4mA 400 A 故电流 表应选A2 0 500 A 比较后发现Rx RA 故应把电流表内接 答案 1 电流表内接 2 分压电路 3 A2V1 解析为提高测量的精确度 待测电阻两端电压变化范围要大些 故控制电路应接成分压电路 因Rx两端电压最大可达15V 仅为V2量程的 读数误差较大 因此电压表以选V1 0 10V 为宜 但实验中应注意不要使Rx两端电压超过10V 电路中的最大电流不会超过mA 0 4mA 400 A 故电流 典例2 探究导体电阻与其影响因素的定量关系 的实验电路如图所示 a b c d是四种不同的金属丝 现有几根康铜合金丝和镍铬合金丝 其规格如下表所示 1 电路图中四种金属丝应分别选上表中的 用编号表示 2 用螺旋测微器测量某一金属丝直径时的刻度如图所示 则该金属丝的直径为mm 3 为测量某一种电阻丝单位长度上的电阻R0 某同学利用一段带有滑动片P且粗细均匀的电阻丝AB和下列器材做实验 A 电流表 量程500mA 内阻4 B 电阻箱R 最大阻值99 9 最小变量为0 1 C 定值电阻R 阻值为1 2 D 电源 电动势为6V 内阻r 0 4 E 开关S 导线若干 实验时采用如图所示电路 虚线框中电路未画出 滑动片P与电阻丝接触良好 且AP长记为L 其他导线电阻不计 改变电阻丝连入电路的长度L 分别测出通过电阻丝的电流值如下表 在图中作出电阻丝的 L图线 由 L图像得出该电阻丝单位长度上的电阻R0 请将实验电路图中虚线框中电路补充完整 要求 无论P滑至何处 电流表均安全 并且尽可能准确地测出上表中的电流值 此时电阻箱R 连入电路的阻值为 解析 1 由图中可看出a b d粗细相同 且比c细 a c d长度相同 且比b短 在实验中要利用控制变量法 因此在长度 横截面积 材料三个因素方面 可以设定b c d与a相比 分别只有一个因素不同 则b与a长度不同 c与a横截面积不同 d与a材料不同 故a选C b选B c选D d选E a d所选金属丝可交换 2 1 0mm 3 0 0 01mm 1 030mm 3 按照表格中的数据对应找图中的点 然后用直线连线即可 设虚线框中电路的电阻为r0 由闭合电路的欧姆定律得I 由 题意得RL R0L 联立得 L 与图像对照得 斜率k 1 6 纵截距 0 4 解得R0 9 6 r0 0 8 由于电流表的量程太小 故需改装成量程较大的电流表 因改装后的电流表的内阻为r0 0 8 r0 将RA 4 代入得R 1 答案 1 CBDE 或EBDC 2 1 030 3 如图所示 9 6 如图所示1