2019版高考物理一轮复习 实验七 测定金属的电阻率(同时练习使用螺旋测微器)课件.ppt

实验七 测定金属的电阻率 同时练习使用螺旋测微器 1 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 掌握螺旋测微器及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 2 实验原理欧姆定律和电阻定律 用毫米刻度尺测一段金属丝的长度l 用螺旋测微器测导线的直径d 用伏安法测导线的电阻R 1 伏安法测电阻 电流表的内接法和外接法的比较 两种电路的选择 a 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 b 临界值计算法 c 实验试探法 按如图S7 1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 图S7 1 2 分压法和限流法 滑动变阻器两种接法的对比 分压和限流电路的选择原则 a 若采用限流式接法不能控制电流满足实验要求 即若滑动变阻器阻值调到最大时 待测电阻上的电流 或电压 仍超过电流表 或电压表 的量程 或超过待测电阻的额定电流 或电压 此时 则必须选用分压式电路 b 若待测电阻的阻值比滑动变阻器总电阻大得多 以致在限流电路中 滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端时 待测电阻上的电流或电压变化范围不够大 此时 应用分压式电路 3 实验器材 电压表 电流表 被测金属丝 毫米刻度尺 螺旋测微器 直流电源 开关 滑动变阻器 导线等 4 实验步骤 1 用螺旋测微器在被测金属导线上的三个不同位置各测一次直径 求出其平均值d 图S7 2 2 依照电路图 如图S7 2所示 用导线将器材连好 将滑动变阻器的阻值调至最大 3 用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属导线的长度 即有效长度 反复测量3次 求出其平均值l 4 电路经检查确认无误后 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 记入记录表格内 断开开关S 求出导线电阻R的平均值 5 将测得的R l d值代入电阻率计算公式 计算出金属导线的电阻率 6 拆去实验线路 整理好实验器材 5 数据处理 求R的平均值可用两种方法 第一种是用R U I算出各次的测量值 再取平均值 第二种方法是用图象法 U I图线 来求出 若采用图象法 在描点时 要尽量使各点间的距离拉大一些 连线时要尽可能地让各点均匀分布在直线的两侧 个别明显偏离较远的点可以不予考虑 考点1螺旋测微器和游标卡尺1 螺旋测微器的构造及读数 1 螺旋测微器的构造 如图S7 3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U形框架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B上 图S7 3 2 螺旋测微器的原理 测微螺杆P与固定刻度B之间的精密螺纹的螺距为0 5mm 即旋钮K每旋转一周 P前进或后退0 5mm 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 01mm 即螺旋测微器的精确度为0 01mm 读数时误差出现在毫米的千分位上 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 或半整数 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 可动刻度数 估读一 位 0 01 毫米 固定刻度读数 半刻度线露出则固定刻度数应为 5mm 没露出则为 mm 表示固定刻度水平线下面的刻度数 可动刻度要估读 小数点后应保留三位有效数字 2 游标卡尺 1 构造 如图S7 4所示 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 图S7 4 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分别为10 20 50刻度 可准确到0 1mm 0 05mm 0 02mm 如下表所示 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 典题1 某同学利用游标卡尺和螺旋测微器分别测量一圆柱体工件的直径和高度 测量结果如图S7 5甲和乙所示 该工件的直径为 cm 高度为 mm 甲 乙 图S7 5 解析 20分度游标卡尺的精确度为0 05mm 主尺读数为12mm 游标尺读数为10 0 05mm 0 50mm 游标卡尺的读数为12 50mm 1 250cm 螺旋测微器读数 固定刻度读数 可动刻度读数 6 5mm 35 0 0 01mm 6 850mm 答案 1 250 6 850 方法技巧 游标卡尺的读数方法 三看 1 第一看 精确度 2 第二看 游标尺上的0刻度线位置 区分零刻度与标尺 最前端 3 第三看 游标尺的哪条 第n条 第1条记为0 刻度线与 主尺上的刻度线对齐 考点2 内接法与外接法的误差分析 甲 乙 图S7 6 解析 根据串 并联电路的特点解题 根据题意知 答案 Rx1大于 小于 电压表的分流作用较显著 故Rx1更接近待测电阻的真实值 题图甲的测量值是Rx与RA串联的电阻阻值 故Rx1 Rx真 题图乙的测量值是Rx与RV并联的电阻阻值 故Rx2 Rx真 方法技巧 内接法和外接法可简记为 内大大 外小小 即内接法适合测量大电阻 测量值偏大 外接法适合测量小电阻 测量值偏小 考点3 基本实验的考查 典题3 2017年江西九校高三大联考 1 某同学要测量一较粗金属丝的电阻率 他用螺旋测微器测量其直径如图S7 7甲所示 由图可知其直径为 mm 甲 乙 图S7 7 2 为准确测量金属丝的电阻 实验老师提供了以下实验器材 A 金属丝Rx 约300 B 电池组 6V 0 05 C 电流表D 电流表E 电压表 0 30mA 内阻约10 0 3A 内阻约0 1 0 6V 内阻RV 30k F 滑动变阻器R1 0 5 2A G 滑动变阻器R2 0 25 0 1A H 开关一个 导线若干 该同学根据所给器材的特点 进行了实验电路的设计 实验要求通过金属丝的电流从零开始增加 则电流表应选择 滑动变阻器应选择 填器材前的字母标号 如图乙所示 该同学只连接了部分导线 请你帮助他完 成实验电路的连接 该同学在实验中测得电压表的读数U 电流表的读数I 电阻丝的长度L和直径D 则用测量量和已知量表示Rx 金属丝电阻率的表达式为 答案 1 4 200 2 C F 如图D31所示 图D31 考向1 等效法测电阻 如图S7 8所示 先让待测电阻与一电流表串联后接到电动势恒定的电源上 读出电流表示数I 然后将电阻箱与电流表串联后接到同一电源上 调节电阻箱的阻值 使电流表的示数仍为I 则电阻箱的读数即等于待测电阻的阻值 图S7 8 典题4 2017年山东威海模拟 为了测量阻值范围在200 300 的电阻Rx的阻值 实验室提供了如下器材 A 电阻箱R 阻值范围0 999 9 B 毫安表 量程0 3mA 内阻约100 C 直流电源 电动势约3V 内阻不计 D 两个单刀单掷开关 导线足量 1 甲同学根据实验目的和提供的实验器材设计出如图S7 9甲所示的实验电路 设计的操作步骤如下 甲 乙 图S7 9 按电路图连好电路 闭合开关S1 记下毫安表的读数 断开S1 闭合开关S2 调节电阻箱R的阻值 使毫安表的读数和 中相同 记下此时电阻箱的示数R1 假设该同学的设计合理 则待测电阻Rx 2 另一位同学根据实验目的和提供的实验器材设计出如 图乙所示的实验电路 设计的操作步骤如下 按电路图连好电路 将R调到最大 然后闭合S1 S2 调节R 使毫安表达到满偏 记下此时电阻箱的示数R2 断开S2 调节R 仍使毫安表满偏 记下此时电阻箱的示数R3 假设该同学的设计合理 则待测电阻Rx 理由是 解析 1 根据该同学的实验电路 该同学采用了等效替代法 故待测电阻Rx R1 2 根据另一位同学的实验步骤可知 R2 R3 Rx 则Rx R2 R3 3 甲电路中 毫安表的读数最小 答案 1 R1 2 R2 R3 3 甲的设计 毫安表超量程 的设计不合理 的示数为 考向2 半偏法测电流表内阻 电路图如图S7 10所示 图S7 10步骤 1 断开S2 闭合S1 调节R0 使 的示数满偏为Ig 2 保持R0不变 闭合S2 调节电阻箱R 使 3 由上可得RA R 特别提醒 当R0 RA时 测量误差小 此方法比较适合测小阻值的电流表的内阻 且测量值偏小 电源电动势应选大些 的 这样 表满偏时R0才足够大 闭合S2时总电流变化才足 够小 误差才小 典题5 2015年新课标 卷 电压表满偏时通过该表的电流是半偏时通过该表电流的两倍 某同学利用这一事实测量电压表的内阻 半偏法 实验室提供的器材如下 待测电压表 量程0 3V 内阻约为3000 电阻箱R0 最大阻值为99999 9 滑动变阻器R1 最大阻值100 额定电流2A 电源E 电动势6V 内阻不计 开关2个 导线若干 1 如图S7 11所示虚线框内为该同学设计的测量电压表内 阻的电路图的一部分 请将电路图补充完整 图S7 11 2 根据设计的电路 写出实验步骤 3 将这种方法测出的电压表内阻记为RV 与电压表内阻的真实值RV相比 RV 填 或 RV 主要理由是 答案 1 如图S7 12所示 图S7 12 2 移动滑动变阻器的滑片 以保证通电后电压表所在支路分压最小 闭合开关S1 S2 调节R1 使电压表的指针满偏 保持滑动变阻器滑片的位置不变 断开S2 调节电阻箱R0 使电压表的指针半偏 读取电阻箱的电阻值 此即为测得的电压表内阻 3 断开S2 调节电阻箱R0使电压表成半偏状态 电压表所在支路总电阻增大 分得的电压也增大 此时R0两端的电压大于电压表的半偏电压 故RV RV