高三物理一轮复习实验八测定金属的电阻率课件.ppt

实验八测定金属的电阻率 实验目的 1 掌握电流表 电压表和滑动变阻器的使用方法 2 掌握螺旋测微器和游标卡尺的使用和读数方法 3 会用伏安法测电阻 进一步测定金属的电阻率 实验原理 1 螺旋测微器 1 构造 如图 螺旋测微器的测砧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 通过精密螺纹套在B上 2 原理 可动刻度E上的刻度为50等份 则螺旋测微器的精确度为0 01mm 3 读数 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 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 如图所示 固定刻度示数为2 0mm 而从可动刻度上读的示数为15 0 最后的读数为2 0mm 15 0 0 01mm 2 150mm 2 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 如图所示 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的总长度少1mm 常见的游标卡尺的游标尺上小等分刻度有10格的 20格的 50格的 其精确度见下表 4 读数 若用x表示从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 则记录结果表示为 x K 精确度 mm 需要注意的是 不管是哪种卡尺 K值均不需要估读 5 如图所示 有一游标卡尺 主尺的最小分度是1mm 游标上有20个小的等分刻度 用它测量一工件的长度 图示的读数为104mm 0 05 0mm 104 00mm 3 伏安法测电阻 电流表内接法和外接法的比较 4 电阻率的测定原理 1 把金属丝接入电路中 用伏安法测金属丝的电阻 Rx 电路原理如图所示 2 用毫米刻度尺测金属丝接入电路部分的长度l 用螺旋测微器测得金属丝的直径d 算出横截面积S 3 根据电阻定律R 得金属丝电阻率 实验器材 被测金属丝 直流电源 4V 电流表 0 0 6A 电压表 0 3V 滑动变阻器 50 开关 导线若干 螺旋测微器 毫米刻度尺 实验过程 1 直径测定 用螺旋测微器 或游标卡尺 在被测金属丝上的三个不同位置各测一次直径 求出其平均值d 计算出金属丝的横截面积S 2 电路连接 按如图所示的电路原理图连接好用伏安法测电阻的实验电路 3 长度测量 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 求出其平均值l 4 U I测量 把滑动变阻器的滑片调节到使接入电路中的电阻值最大位置 电路经检查确认无误后 闭合开关S 改变滑动变阻器滑片位置 读出几组相应的电流表和电压表示数I和U的值 填入表格中 断开开关S 5 拆除实验线路 整理好实验器材 数据处理 1 求Rx 1 计算法 用Rx 分别算出各次的数值 再取平均值 2 图象法 画出U I图象 U I图象的斜率等于Rx 2 计算电阻率 将记录的数据U I l d的值代入电阻率计算式 误差分析 1 系统误差 1 采用伏安法测量金属丝的电阻时 由于采用的是电流表外接法 测量值小于真实值 使电阻率的测量值偏小 2 由于金属丝通电后发热升温 会使金属丝的电阻率变大 造成测量误差 2 偶然误差 1 金属丝的横截面积是利用直径计算而得到的 直径的测量是产生误差的主要来源之一 2 金属丝的长度测量 电流表和电压表的读数等均会带来偶然误差 注意事项 1 螺旋测微器的使用 1 测量前应校对零点 使测砧A与测微螺杆P并拢 观察可动刻度零刻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线是否重合 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 当听到 咔 咔 声时 停止转动 以避免P和被测物体间产生过大的压力 3 螺旋测微器应估读一位 即以mm作单位 读到小数点后面第三位 2 测定金属的电阻率 1 测量被测金属导线的有效长度 即电压表两端点间的待测导线长度 测量时应将导线拉直 反复测量三次 求其平均值 2 闭合开关S之前 一定要使滑动变阻器的滑片处在有效阻值最大的位置 3 电流不宜太大 电流表用0 0 6A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 热点一实验仪器的读数和实验原理 典例1 2017 鹤壁模拟 在 测定圆柱形材料的电阻率 的实验中 世纪金榜导学号42722179 1 某同学用螺旋测微器测样品直径时 结果如图所示 则该样品的直径为 mm 2 给样品通电 用量程为3V的电压表和量程为0 6A的电流表测样品两端的电压和通过样品的电流时读数如图所示 则电流表的读数为 A 3 用米尺测量样品的长度L 0 810m 利用以上测量数据 可得这种材料的电阻率为 m 结果保留两位有效数字 解析 1 螺旋测微器的读数 2 5mm 43 5 0 01mm 2 935mm 2 电流表量程为0 6A 每一小格为0 02A 所以电流表读数 0 52A 3 由R 得 代入数据得 4 2 10 5 m 答案 1 2 935 2 0 52 3 4 2 10 5 强化训练 2017 孝感模拟 在测量金属丝电阻率的实验中 可供选用的器材如下 待测金属丝 Rx 阻值约4 额定电压约2V 电压表 V 量程3V 内阻约3k 电流表 A1 量程0 6A 内阻约0 2 A2 量程3A 内阻约0 05 电源 E1 电动势3V 内阻不计 E2 电动势12V 内阻不计 滑动变阻器 R1 最大阻值约20 R2 最大阻值约1k 螺旋测微器 毫米刻度尺 开关 导线 1 用螺旋测微器测量金属丝的直径 示数如图所示 读数为 mm 2 为使测量尽量精确 需要多组测量 电流表应选 电源应选 滑动变阻器应选 均填器材代号 在虚线框中完成电路原理图 解析 1 由图可读出螺旋测微器的示数为1 5mm 27 3 0 01mm 1 773mm 2 由于电压表量程为0 3V 待测金属丝两端的电压最大为3V 电源选E1 实验中待测电流的最大值Im 0 75A 电流表选量程较小的A1 测量精度较高 滑动变阻器R2全电阻较大 实验中会使电流过小 应选全电阻较小的R1 由于R1的全电阻大于待测金属丝电阻 应采用分压式接法 由于电流表电阻小于待测电阻而电压表电阻远大于待测电阻 电流表外接 实验电路如图所示 答案 1 1 773 1 771 1 775均正确 2 A1E1R1电路图见解析图 热点二实验数据的分析和处理 典例2 实验室购买了一捆标称长度为100m的铜导线 某同学想通过实验测定其实际长度 该同学首先测得导线横截面积为1 0mm2 查得铜的电阻率为1 7 10 8 m 再利用图甲所示电路测出铜导线的电阻Rx 从而确定导线的实际长度 可供使用的器材有 电流表 量程0 6A 内阻约0 2 电压表 量程3V 内阻约9k 滑动变阻器R1 最大阻值5 滑动变阻器R2 最大阻值20 定值电阻 R0 3 电源 电动势6V 内阻可不计 开关 导线若干 回答下列问题 世纪金榜导学号42722180 1 实验中滑动变阻器应选 选填 R1 或 R2 闭合开关S前应将滑片移至 选填 a 或 b 端 2 在实物图丙中 已正确连接了部分导线 请根据图甲电路完成剩余部分的连接 3 调节滑动变阻器 当电流表的读数为0 50A时 电压表示数如图乙所示 读数为 V 4 导线实际长度为 m 保留2位有效数字 解析 1 被测电阻的阻值约为Rx 1 7 10 8 1 7 而电路中最大电流为Im 0 6A 所以电路中总电阻的最小值为R 10 则滑动变阻器的阻值最小为R动 R Rx R0 5 3 故滑动变阻器应选择R2 在电路中滑动变阻器为限流接法 闭合开关之前 其阻值应置于最大值处 即a处 2 电路连接如图所示 3 电压表的读数为2 30V 4 被测电阻的测量值为Rx R0 Rx 代入数据 解得导线的实际长度为l 94m 答案 1 R2a 2 见解析 3 2 30 4 94 强化训练 2017 武汉模拟 某学习小组用伏安法测量一未知电阻Rx的阻值 给定器材及规格为 电流表A 量程为0 5mA 内阻约为10 电压表V 量程为0 3V 内阻约为3k 最大阻值约为100 的滑动变阻器 电源E 电动势约3V 开关S 导线若干 1 由于不知道未知电阻的阻值范围 先采用如图甲所示电路试测 读得电压表示数大约为2 5V 电流表示数大约为5mA 则未知电阻的阻值Rx大约为 2 经分析 该电路测量误差较大 需改进 请直接在图甲上改画 在不需要的连线上画 表示 补画上需要添加的连线 3 对改进的电路进行测量 并根据测量数据画出了如图乙所示的U I图象 得Rx 保留三位有效数字 解析 1 根据用图甲测量的数据和欧姆定律可得Rx 500 2 待测电阻Rx约为500 而电压表的内阻约为3k 是待测电阻的6倍左右 电流表的内阻约为10 待测电阻是电流表内阻的50倍左右 所以用电流表外接法电压表的分流作用比较大 应改为电流表内接法 3 待测电阻Rx的大小就等于图乙中图线的斜率 即Rx 500 答案 1 500 2 见解析图 3 500 热点三实验拓展与创新 典例3 2017 福州模拟 国标 GB T 规定自来水在15 时电阻率应大于13 m 某同学利用图甲电路测量15 自来水的电阻率 其中内径均匀的圆柱形玻璃管侧壁连接一细管 细管上加有阀门K以控制管内自来水 的水量 玻璃管两端接有导电活塞 活塞电阻可忽略 右活塞固定 左活塞可自由移动 实验器材还有 电源 电动势约为3V 内阻可忽略 电压表V1 量程为3V 内阻很大 电压表V2 量程为3V 内阻很大 定值电阻R1 阻值4k 定值电阻R2 阻值2k 电阻箱R 最大阻值9999 单刀双掷开关S 导线若干 游标卡尺 刻度尺 实验步骤如下 A 用游标卡尺测量玻璃管的内径d B 向玻璃管内注满自来水 并用刻度尺测量水柱长度L C 把S拨到1位置 记录电压表V1示数 D 把S拨到2位置 调整电阻箱阻值 使电压表V2示数与电压表V1示数相同 记录电阻箱的阻值R E 改变玻璃管内水柱长度 重复实验步骤C D 记录每一次水柱长度L和电阻箱阻值R F 断开S 整理好器材 世纪金榜导学号42722181 1 测玻璃管内径d时游标卡尺示数如图乙 则d mm 2 玻璃管内水柱的电阻Rx的表达式为Rx 用R1 R2 R表示 3 利用记录的多组水柱长度L和对应的电阻箱阻值R的数据 绘制出如图丙所示的R 关系图象 自来水的电阻率 m 保留两位有效数字 解析 1 根据游标卡尺的读数规则 玻璃管内径d 30mm 0 0 05mm 30 00mm 2 把S拨到1位置 记录电压表V1示数 得到通过水柱的电流I1 由闭合电路欧姆定律 E U Rx 把S拨到2位置 调整电阻箱阻值 使电压表V2示数与电压表V1示数相同 记录电阻箱的阻值R 得到该支路的电流 I2 由闭合电路欧姆定律 E U R2 联立解得 Rx 3 由电阻定律Rx Rx 联立解得 R R 关系图象斜率k 0 4 103 m 解得 14 m 答案 1 30 00 2 3 14 强化训练 1 某同学用下列器材测量一电阻丝的电阻Rx 电源E 适当量程的电流表 电压表各一只 电流表有内阻 电压表内阻不是无限大 滑动变阻器R RP 开关S1 S2 导线若干 他设计如图甲所示的电路测量电阻Rx的值 并有效地消除了因电压表和电流表内阻而产生的系统误差 实验步骤如下 A 先闭合S1 断开S2 调节R和RP 使电流表和电压表示数合理 记下两表示数为I1 U1 B 闭合S2 调节RP 记下电流表和电压表示数为I2 U2 1 请你帮他按电路图在实物图乙上连线 2 指出上述步骤B中错误的做法并进行改正 写出用测量数据表示被测电阻Rx的表达式 解析 1 由电路图连接实物图 如图所示 2 先闭合S1 断开S2 根据欧姆定律 则有 RP 再闭合S2 则有 联立上式 解得 Rx 由以上解析过程可知 两式中RP应相等 所以步骤B中应保持RP不变 答案 1 见解析图 2 应该保持RP不变 测出电流表和电压表的读数为I2 U2 2 2017 潍坊模拟 为了精确测量某一玩具电动机中导线圈的电阻 某实验小组设计了如图甲所示的电路 可供选择的实验仪器如下 电流表A1 0 3A 内阻约5 滑动变阻器R1 0 1k 额定电流0 5A 电流表A2 0 100mA 内阻约10 滑动变阻器R2 0 50 额定电流2A 多用电表 定值电阻R0 20 电源 3V 内阻约1 及开关等 导线若干 1 请按图甲将图乙实物图连接完整 2 应选择的电流表是 滑动变阻器是 填写符号 3 测量过程中应保证电动机 选填 转动 或 不转动 4 为防止烧坏电动机 实验中要分次读取数据 由实验测得的数据已在图丙的U I图中标出 请你完成图线 并由图线求出玩具电动机中导线圈的电阻R 保留三位有效数字 解析 1 按原理图连线 如图 2 由题中的U I图象可知 电流表选A2 为使电路调节方便 滑动变阻器选R2 3 若电动机转动会有机械能的转化 此时电动机就是非纯电阻电路 不能满足欧姆定律成立的条件 故在测量过程中应保证电动机不转动 4 将图象连成直线 如图 并求出图象的斜率即为待测的电动机中导线圈的电阻与定值电阻R0的总电阻R总 R0 R 37 5 所以R 17 5 答案 1 见解析 2 A2R2 3 不转动 4 见解析图17 5