【志鸿优化设计】（江苏专用）2014届高考物理 第七章恒定电流 实验5 探究决定导线电阻的因素练习

1 实验实验 5 5 探究决定导线电阻的因素 探究决定导线电阻的因素 一 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 进一步测定金属丝的电阻率 二 实验原理 根据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 用螺旋测微器测金 属丝的直径d 用伏安法测金属丝的电阻R 由R 所以金属丝的电阻率 R l S d2 4l 三 实验器材 被测金属丝 米尺 螺旋测微器 电压表 电流表 直流电源 开关 滑动变阻器 导线等 四 实验步骤 1 用螺旋测微器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 2 依照电路图 如图 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丝的长度 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 记入表格内 断开开关 S 求出金属丝电阻R的平均值 5 将测得的R l d值 代入电阻率计算公式 计算出金属丝的电阻 RS l d2R 4l 率 6 拆去实验线路 整理好实验器材 五 数据处理 1 在求Rx的平均值时可用两种方法 1 用Rx 分别算出各次的数值 再取平均值 U I 2 用U I图线的斜率求出 2 计算电阻率 将记录的数据Rx l d的值代入电阻率的计算式 Rx S l d2U 4lI 六 误差分析 1 金属丝的横截面积是利用直径计算而得 直径的测量是产生误差的主要来源之一 2 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 3 金属丝的长度测量 电流表和电压表的读数等会带来偶然误差 4 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 七 注意事项 1 本实验中被测金属导线的电阻值较小 因此实验电路一般采用电流表外接法 2 实验连线时 应先从电源的正极出发 依次将电源 开关 电流表 待测金属导线 2 滑动变阻器连成主干线路 闭合电路 然后再把电压表并联在待测金属导线的两端 3 测量被测金属导线的有效长度 是指测量待测导线接入电路的两个端点之间的长度 亦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 4 测金属导线直径一定要选三个不同部位进行测量 求其平均值 5 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 6 在用伏安法测电阻时 通过待测导线的电流强度I不宜过大 电流表用 0 0 6 A 量程 通电时间不宜过长 以免金属导线的温度明显升高 造成其电阻率在实验过程中逐 渐增大 7 若采用图象法求R的平均值 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 八 实验改进 在本实验中 由于电表内电阻的影响 从而使金属导线电阻测量值偏小 可以改进实 验电路 消除由于电表内阻的影响而带来的实验误差 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为一阻值较大的固定电阻 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 保持变阻器R不变 再闭合 S2 记下两表的读数I2 U2 3 待测电阻Rx U1 I1 U2 I2 命题研究一 螺旋测微器和游标卡尺的使用 题例 1 1 有一游标卡尺 主尺的最小分度是 1 mm 游标上有 20 个小的等分刻度 用它测量一小球的直径 如图甲所示的读数是 mm 2 如图乙 用螺旋测微器测量一根金属丝的直径 如图所示的读数是 mm 3 思路点拨 1 游标卡尺的读数 主尺读数 游标尺读数 2 螺旋测微器读数 固 定刻度读数 可动刻度读数 解题要点 规律总结规律总结 1 螺旋测微器的构造原理及读数 1 螺旋测微器的构造 如图所示是常用的螺旋测微器 它的小砧A和固定刻度S固定在框架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S上 2 螺旋测微器的原理 测微螺杆P与固定刻度S之间的精密螺纹的螺距为 0 5 mm 即旋钮 每旋转一周 P 前进或后退 0 5 mm 而可动刻度H上的刻度为 50 等份 每转动一小格 P前进或后退 0 01 mm 即螺旋测微器的精确度为 0 01 mm 读数时估算到毫米的千分位上 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 0 mm 不足 0 5 毫米的部分从可动刻度上读的示数为 15 5 格 最后的读数为 2 0 mm 15 5 0 01 mm 2 155 mm 2 游标卡尺构造原理和读数 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 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 4 分刻度少 1 mm 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 刻度格 数 分度 刻度总长度 mm 每小格与1 mm的差值 mm 精确度 可精确到 mm 1090 10 1 20190 050 05 50490 020 02 4 读数 若用x表示由主尺上读出的整毫米数 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 命题研究二 伏安法测电阻 题例2 某同学测量阻值约为 25 k 的电阻Rx 现备有下列器材 A 电流表 量程 100 A 内阻约 2 k B 电流表 量程 500 A 内阻约 300 C 电压表 量程 15 V 内阻约 100 k D 电压表 量程 50 V 内阻约 500 k E 直流电源 20 V 允许最大电流 1 A F 滑动变阻器 最大阻值 1 k 额定功率 1 W G 电键和导线若干 电流表应选 电压表应选 填字母代号 该同学正确选择仪器后连接了以下电路 为保证实验顺利进行 并使测量误差尽量减 小 实验前请你检查该电路 指出电路在接线上存在的问题 1 2 思路点拨 解答本题需要把握以下三点 1 器材的选择原则 2 电流表内 外接法的选择 3 滑动变阻器限流 分压接法的选择 解题要点 规律总结规律总结 1 仪器选择的基本思路 1 优先考虑安全因素 各电表的实际读数不能超过其量程 电阻类元件中的实际电流 或电压 不能超过其 允许的最大电流 或电压 实际处理过程中 需要估算回路中的最大电流 一般应假设变 阻器采用限流接法时进行估算 如 用伏安法作出标有 6 V 0 6 W 字样的小灯泡的 U I图线 则实际加在灯泡两端的电压的最大值不能超过 6 V 2 考虑读数误差因素 一般要求各电表的实际读数不小于其量程的 以减小读数误差 1 3 3 仪器选择的一般步骤 5 首先选择唯一性的器材 粗画电路图 暂不接电流表和电压表 估算回路中电流和电压的最大值 在电表的指针有较大幅度的偏转但不超过其量程 的情况下 结合已知器材的规格 确定实验电路和实验器材 2 电流表内接 外接的选择方法 1 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 2 比值法 当 时 用电流表外接法 Rx RV RA Rx 当 时 用电流表内接法 Rx RV RA Rx 3 实验试探法 按如图所示接好电路 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 3 滑动变阻器限流 分压的选择原则 1 用电器两端电压要求变化范围较大 或从零开始连续可调 应选分压电路 2 如果电路中最小电流等于或大于用电器的额定电流 应选限流电路 3 如果滑动变阻器的全阻值比用电器的阻值小得多 0 1 0 5 倍 为了能使用电 器两端电压有较大变化 应选分压电路 4 如果滑动变阻器的全阻值与用电器的阻值相差不多或大几倍 2 5 倍 两种电 路都可以对用电器的电压 电流 进行有效方便的控制 从节省电能和电路简单考虑 应 选限流电路 1 按照有效数字规则读出下列电表的测量值 1 接 0 3 V 量程时读数为 V 接 0 15 V 量程时读数为 V 2 接 0 3 A 量程时读数为 A 接 0 0 6 A 量程时读数为 A 2 2012 课标全国理综 某同学利用螺旋测微器测量一金属板的厚度 该螺旋测微 器校零时的示数如图甲所示 测量金属板厚度时的示数如图乙所示 图甲所示读数为 mm 图乙所示读数为 mm 所测金属板的厚度为 mm 6 3 2012 山东理综 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 电动势 3 V 内阻不计 E2 电动势 12 V 内阻不计 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 用螺旋测微器测量金属丝的直径 示数如图所示 读数为 mm 若滑动变阻器采用限流接法 为使测量尽量精确 电流表应选 电源应选 均填器材代号 在虚线框内完成电路原理图 4 在 探究导体电阻与其影响因素的定量关系 实验中 为了探究 3 根材料未知 横 截面积均为S 0 20 mm2的金属丝a b c的电阻率 采用如图所示的实验电路 M为金属 丝c的左端点 O为金属丝a的右端点 P是金属丝上可移动的接触点 在实验过程中 电 流表读数始终为I 1 25 A 电压表读数U随OP间距离x的变化如下表 x m m 600700800900 1 000 1 200 1 400 1 600 1 800 2 000 2 100 2 200 2 300 2 400 U V 3 9 5 4 5 0 5 1 0 5 9 0 6 5 0 6 6 5 6 8 2 6 9 3 7 0 2 7 1 5 7 8 5 8 5 0 9 0 5 9 7 5 1 绘出电压表读数U随OP间距离x变化的图线 2 求出金属丝的电阻率 并进行比较 7 参考答案参考答案 考向探究突破考向探究突破 题例 1 答案 答案 1 13 55 2 0 680 或 0 681 解析 解析 1 主尺读数为 13 mm 游标尺读数为 11 0 05 mm 0 55 mm 所以图甲的 读数为 13 55 mm 2 固定刻度半毫米线已经露出 读数为 0 5 mm 而从可动刻度上读的 示数为 18 0 最后的读数为 0 5 18 0 0 01 mm 0 680 mm 题例 2 答案 答案 B C 1 电流表应采用内接法 2 滑动变阻器应采用分压式 接法 解析 解析 直流电源的电压为 20 V 为了提高读数准确度应该选择电压表 C 因此待测电 阻两端电压不得超过 15 V 则通过的电流不超过I 600 A 电流表应该 U Rx 15 V 25 k 选 B 为了减小误差 电流表应采用内接法 因为滑动变阻器的阻值远小于待测电阻的阻 值 若串联 限流效果不明显 应该采用分压接法接入电路 演练巩固提升演练巩固提升 1 答案 答案 1 2 15 10 7 或 10 8 2 0 80 0 16 3 答案 答案 1 773 1 771 1 775 均正确 A1 E1 电路如图所示 解析 解析 螺旋测微器主尺读数为 1 5 mm 螺旋刻度每小格读数为 0 01 mm 读数为 27 3 0 01 mm 0 273 mm 读数应为 1 5 0 273 mm 1 773 mm 由于待测电阻Rx阻值约为 4 额定电流约为 0 5 A 电流表量程选 0 6 A 即 A1 根据欧姆定律可得待测金属丝两端最大电压约为U IRx 2 V 所以电源选E1 4 答案 答案 见解析 解析 解析