2022年2021届高考物理第一轮知识点梳理复习教案24-专题十二-实验与探究-实验七-测定金

1、1 考点二电学实验实验七测定金属的电阻率 ( 同时练习使用螺旋测微器 ) 基础点1. 实验电路图与实物连接图2实验目的(1) 掌握螺旋测微器和游标卡尺的原理及读数方法。(2) 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。(3) 会用伏安法测电阻，并能测定金属的电阻率。3实验原理根据电阻定律公式知道只要测出金属丝的长度和它的直径d， 计算出横截面积 s，并用伏安法测出电阻rx，即可计算出金属丝的电阻率。4实验器材被测金属丝，直流电源 (4 v) ，电流表 (00.6 a) ，电压表 (03 v) ，滑动变阻器(50 )，开关，导线若干，螺旋测微器，毫米刻度尺。5实验步骤(

2、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sd24。(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。精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 1 页，共 16 页 - - - - - - - - -精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 1 页，共 16 页 - - - - - - - - -2 (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

3、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，求出电阻 rx的平均值。(5) 拆除实验线路，整理好实验器材。6数据处理(1) 在求 rx的平均值时可用两种方法：用 rxui分别算出各次的数值，再取平均值。用 u-i 图线的斜率求出。(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rxsld2u4li。重难点一、精密测量工具的使用1螺旋测微器(1) 构造：如图所示，它的测砧a和固定刻度 b固

4、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。精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 2 页，共 16 页 - - - - - - - - -精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 2 页，共 16 页 - - - - - - - - -3 (2) 原理：测微螺杆 f 与固定刻度 b之间的精密螺纹的螺距为0.5 mm，即旋钮 d每旋转一周， f前进或后退 0.5 mm，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

5、 0.01 mm，即螺旋测微器的精确度为0.01 mm。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毫米数由固定刻度读出，小数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 2.0 mm ， 不足半毫米而从可动刻度上读的示数为15.0 ，最后的读数为： 2.0 mm15.00.01 mm 2.150 mm。特别提醒螺旋测微器需要估读， 最后一位数字为估计数字， 读数和记数时估计位为有效数字的最后一位。2游标卡尺(1) 构造：主尺、游标尺 ( 主

6、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 ) 。精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 3 页，共 16 页 - - - - - - - - -精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 3 页，共 16 页 - - - - - - - - -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1 mm 。常见的游标卡

7、尺的游标尺上小等分刻度有10 格的、20 格的、 50格的，其读数见下表：(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值均不需要向后估读一位。(5) 如图所示，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。 用它测量一工件的长度， 图示的读数为 104 mm 0.050 mm 104.00 mm 。精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 4 页，共 16 页 - - - - -

8、 - - - -精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 4 页，共 16 页 - - - - - - - - -5 特别提醒游标卡尺读数不需要估读，其测量结果的末位数字应为精确度的整数倍。如20分度的结果末位数只能是5 或 0。二、伏安法测电阻、电表连接方式的选择1电流表的内接法和外接法的比较2. 两种电路的选择(1) 阻值比较法若 rx? rv，宜采用电流表外接法；若 rx? ra，宜采用电流表内接法。(2) 临界值计算法精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 5 页，共 16 页 - -

9、 - - - - - - -精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 5 页，共 16 页 - - - - - - - - -6 rxrvra时，用电流表外接法；rx rvra时，用电流表内接法。(3) 实验试探法： 按如图所示接好电路， 让电压表一个接线柱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。三、常用电表的读数原则对于电压表和电流表的读数问题，首先要弄清电表量程， 即指针指到最大刻度时电表允许通

10、过的最大电压或电流，然后根据表盘总的刻度数确定精确度，按照指针的实际位置进行读数即可。(1)0 3 v 的电压表和 03 a 的电流表的读数方法相同，此量程下的精确度分别是 0.1 v 和 0.1 a ，看清楚指针的实际位置，读到小数点后面两位。(2) 对于 015 v 量程的电压表，精确度是0.5 v ，在读数时只要求读到小数点后面一位，即读到0.1 v 。(3) 对于 00.6 a 量程的电流表，精确度是0.02 a ，在读数时只要求读到小数点后面两位，这时要求“半格估读”，即读到最小刻度的一半0.01 a 。四、误差分析1系统误差(1) 采用伏安法测量金属丝的电阻时，由于采用的电流表外接

11、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。五、注意事项1螺旋测微器的使用(1) 测量前必须校对零点。精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 6 页，共 16 页 - - - - - - - - -精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 6 页，共 16 页 - -

12、 - - - - - - -7 (2) 测量时，当测微螺杆f 将要接触被测物体时，要停止使用旋钮d，改用微调旋钮 d ，当听到“咔、咔”声后，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，应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，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。(2) 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。(3) 实验连线时，应先从电源的正极出发，依次将开关、电流表、待测金属丝、滑动变阻器连成干路，然后再把电压表并联在待测金属丝的两端

13、。(4) 电流不宜太大 ( 电流表用 00.6 a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。(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。六、实验改进在本实验中， 由于电表内阻的影响， 使金属丝电阻的测量值偏小，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等效替换法如图所示电路， 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，电流表的示数相同，则有rxr，即可测出 rx。2附加电阻法如图所示电路， r1为一阻值较大的定值电阻，rx为待测电阻。精品学习资料 可选择p d f

14、 - - - - - - - - - - - - - - 第 7 页，共 16 页 - - - - - - - - -精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 7 页，共 16 页 - - - - - - - - -8 (1) 断开开关 s2，闭合开关 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 rxu1i1u2i2。 考法综述 本实验为高考热点实验之一，因为涉及到了测量工具刻度尺( 毫米)、螺旋测微器的使用，以及伏安法测电

15、阻、滑动变阻器限流式接法等，所以较为热门。 但应注意这些技法在其他创新实验中的组合应用。复习本实验时应以掌握基础为原则，应掌握：2 种工具螺旋测微器、游标卡尺2 种方法内接法、外接法1 个原则常用电表的读数原则命题法 1 两种测量工具的使用典例 1 某同学测量一个圆柱体的电阻率，需要测量圆柱体的尺寸和电阻。(1) 分别使用游标卡尺和螺旋测微器测量圆柱体的长度和直径，某次测量的示数如图甲和图乙所示，长度为_cm ，直径为 _mm 。(2) 按图丙连接电路后，实验操作如下：将滑动变阻器 r1的阻值置于最 _处( 填“大”或“小” )；将 s2拨向接点 1，闭合 s1，调节 r1，使电流表示数为i0

16、；精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 8 页，共 16 页 - - - - - - - - -精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 8 页，共 16 页 - - - - - - - - -9 将电阻箱 r2的阻值调至最 _(填“大”或“小” )；s2拨向接点 2；保持r1不变，调节 r2，使电流表示数仍为i0，此时 r2阻值为 1280 。(3) 由此可知，圆柱体的电阻为_。 答案 (1)5.01 5.315 (2) 大大(3)1280 解析 (1) 长度为(50 mm10.1 mm)

17、 50.1 mm5.01 cm ；直径为 (5.0 mm31.50.01 mm)5.315 mm。(2) 本实验的实验原理为等效替代法，在实验操作过程中，为了保证安全，要求电路接通时电路中的电流尽可能小，即应使可调电阻的阻值最大。【解题法】游标卡尺的读数技巧游标卡尺的读数方法：“三看”(1) 第一看精确度例如( 如图 1 所示) 图 1 易错读成 11 mm 40.1 mm 11.40 mm正确的应为 11.4 mm，游标卡尺不需估读，后面不能随意加零，也不能随意去零。例如( 如图 2 所示) 图 2 易错读成 10 mm 120.05 mm10.6 mm，正确的应为 10.60 mm。(2)

18、 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例如( 如图 3 所示) 精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 9 页，共 16 页 - - - - - - - - -精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 9 页，共 16 页 - - - - - - - - -10 图 3 易错读成 11 mm 100.05 mm11.50 mm 正确读数为 14 mm 100.05 mm14.50 mm (3) 第三看游标尺的哪条 ( 第 n条) 刻度线与主尺上的刻度线对齐，主尺上的单位为厘米

19、，主尺上标识的1、2、3 等数字通常是指厘米，读数时应将毫米和厘米分清，游标卡尺主尺上的最小刻度是1 mm 。例如( 如图 4 所示) 图 4 易错成 (5 40.05) mm5.20 mm 正确读数为 (5040.05) mm50.20 mm 命题法 2 实验原理、方法与技能典例 2 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1 所示，其读数应为_mm( 该值接近多次测量的平均值) 。(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，内阻约精品学习资料

20、可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 10 页，共 16 页 - - - - - - - - -精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 10 页，共 16 页 - - - - - - - - -11 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1 2 3 4 5 6 7 u/v 0.10 0.30 0.70 1.00 1.50 1.70 2.30

21、 i/a 0.020 0.060 0.160 0.220 0.340 0.460 0.520 由以上实验数据可知，他们测量rx是采用图 2 中的_图( 选填“甲”或“乙”)。(3) 图 3 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3 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。精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 11 页，共 16 页 - - - - - - - - -精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - -

22、- - - - - - 第 11 页，共 16 页 - - - - - - - - -12 (4) 这个小组的同学在坐标纸上建立u-i 坐标系，如图 4 所示，图中已标出了与测量数据对应的 4 个坐标点。请在图4 中标出第 2、4、6 次测量数据的坐标点，并描绘出 u-i 图线。由图线得到金属丝的阻值rx_(保留两位有效数字)。(5) 根据以上数据可以估算出金属丝电阻率约为_(填选项前的符号 ) 。a1102m b1103mc1106m d 1108m(6)( 多选)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

23、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 u-i 图象处理数据求金属丝电阻可以减小偶然误差 答案 (1)0.397(0.3950.399 均可) (2) 甲(3) 如图 5 所示精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 12 页，共 16 页 - - - - - - - - -精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 12 页，共 16 页 - - - - - - - - -

24、13 (4) 如图 6 4.5(4.3 4.7) (5)c (6)cd 解析 (1) 千分尺读数：固定刻度值旋转刻度格数0.01 mm039.70.01 mm 0.397 mm。(2) 由测的 u 、i 值得 rx约 5 ，乙图提供的最小电压uerxrxrrar0.6 v ，故选用甲图电路。 (3)见答案图 5 所示。(4) 描点后可见，第 6 次测量误差很大，舍去，作过o点的直线将其余 6 个点拟合到直线上，如答案图6 所示。rxui4.5 。(5) 由 rls，rsl1.1106m ，故选 c。(6) 由于观察角度及观察能力不同，对测微器读数产生偶然误差，选项a错误；精品学习资料 可选择p

25、 d f - - - - - - - - - - - - - - 第 13 页，共 16 页 - - - - - - - - -精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 13 页，共 16 页 - - - - - - - - -14 电流表和电压表不可能成为理想电表，对测量带来的误差是不可避免的，属于系统误差，选项 b错误；电压表内阻的分流，是产生系统误差的原因，如果将其电阻计算在电路内，如前面实验电路，r测rvrxrvrx，rxrvr测rvr测，即可消除系统误差。【解题法】实物图连线的原则与技巧(1) 总的原则：先串后并，接线到柱，注意量程和

26、正负。(2) 对限流电路，只需用笔画线当做导线，从电源正极开始，把电源、开关、滑动变阻器、“伏安法”部分依次串联起来即可(注意电表的正负接线柱和量程，滑动变阻器应调到阻值最大处) 。(3) 对分压电路，应该先把电源、开关和滑动变阻器的全部电阻丝三部分用导线连接起来，然后在滑动变阻器电阻丝两端之中任选一个接头，比较该接头和滑动头的电势高低， 根据“伏安法”部分电表正负接线柱的情况，将“伏安法”部分接入该两点间。 (注意滑动变阻器应调到使“伏安法”部分所接两点间阻值最小处) 命题法 3 实验的迁移、拓展与创新典例 3 有一根细长而均匀的金属管线样品，长约为60 cm ，电阻大约为 6 ，横截面如图

27、甲所示。(1) 用螺旋测微器测量金属管线的外径，示数如图乙所示，金属管线的外径为_mm ；(2) 现有如下器材：a电流表 ( 量程 0.6 a ，内阻约 0.1 )b电流表 ( 量程 3 a，内阻约 0.03 )c电压表 ( 量程 3v，内阻约 3 k )d滑动变阻器 (1 750 ， 0.3 a) e滑动变阻器 (15 ， 3 a) f蓄电池 (6 v ，内阻很小 ) 精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 14 页，共 16 页 - - - - - - - - -精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 14 页，共 16 页 - - - - - - - - -15 g 开关一个，带夹子的导线若干要进一步精确测量金属管线样品的阻值，电流表应选 _，滑动变阻器应选_。( 只填代号字母 ) (3) 请将如图所示的实际测量电路补充完整。(4) 已知金属管线样品材料的电阻率为，通过多次测量得出金属管线的电阻为r，金属管线的外径为d，要想求得金属管线内形状不规则的中空部分的横截面积 s，在前面实验的基础上，还需要测量