2020版高中物理（新教材）人教必修第3册：第十一章 3 实验导体电阻率的测量

3.实验:导体电阻率的测量探究突破随堂检测长度的测量及测量工具的选用

实验目的:学会使用游标卡尺和螺旋测微器测量长度。实验器材:游标卡尺,螺旋测微器。实验原理1.游标卡尺的读数原理(1)构造:主尺、游标尺(主尺和游标尺上各有一个内外测量爪),尺身上还有一个紧固螺钉。探究突破随堂检测(2)用途:测量厚度、长度、内径、外径。(3)原理:是利用主尺的单位刻度(1mm)与游标尺的单位刻度之间固定的微量差值来提高测量精度的。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数量的小等分刻度少1mm。常见的游标卡尺有10分度、20分度和50分度三种。见下表:(4)读数:若用x表示由主尺上读出的整毫米数,n表示从游标尺上读出与主尺上某一刻线对齐的游标尺的格数,则记录结果表达为(x+n×精确度)mm。探究突破随堂检测2.螺旋测微器的读数原理(1)构造及原理:如图所示,G是锁紧装置,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,并通过精密螺纹套在B上,精密螺纹的螺距是0.5mm,即旋钮D每转一周,测微螺杆F前进或后退0.5mm,可动刻度分成50等份,每一等份表示0.01mm。探究突破随堂检测(2)使用方法:当A与F并拢时,可动刻度E的零点恰好跟固定刻度B的零点重合,逆时针旋转旋钮D,将测微螺杆F旋出,把被测物体放入A、F之间的夹缝中,再顺时针旋转旋钮D,F快要接触被测物时,要停止使用旋钮D,改用微调旋钮D',直到听到“喀喀”声。(3)读数方法:以毫米为单位读数。L=固定刻度示数+可动刻度示数(估读一位)×分度值(0.01)。注意:①以毫米为单位时,小数点后面要有三位有效数字,特别是最后一位估读数字为零时,不能省略。②在读数时注意半毫米刻度线是否已露出。探究突破随堂检测1.以下是游标卡尺,请写出各自的读数。

答案:11.4mm答案:22.6mm探究突破随堂检测答案:11.50mm答案:50.15mm答案:10.94mm探究突破随堂检测2.以下是螺旋测微器,请写出各自的读数。

答案:0.482mm答案:3.373mm答案:0.990mm探究突破随堂检测答案:5.665mm答案:6.703mm答案:7.030mm探究突破随堂检测

金属丝电阻率的测量

一、实验目的学会用伏安法测量电阻的阻值,测定金属丝的电阻率。二、实验原理1.测定金属电阻率(1)把金属丝接入电路中,用伏安法测金属丝的电阻探究突破随堂检测探究突破随堂检测2.实验电路选择原理(1)电流表的内接法和外接法的比较

探究突破随堂检测探究突破随堂检测(2)滑动变阻器两种接法的比较

探究突破随堂检测探究突破随堂检测三、实验器材螺旋测微器或游标卡尺、毫米刻度尺、电压表、电流表、定值电阻、开关及导线、被测金属导线、电池、滑动变阻器。四、实验步骤1.测直径:用螺旋测微器或游标卡尺在被测金属丝上三个不同位置各测一次直径,并记录。2.量长度: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,并记录。3.连电路:按原理图所示的电路图连接实验电路。4.求电阻:把滑动变阻器的滑片调节到使电压表为零的位置,电路经检查确认无误后,闭合开关S。改变滑动变阻器滑片的位置,读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值,记入表格内,断开开关S。5.拆除实验电路,整理好实验器材。探究突破随堂检测五、数据处理

导线的横截面积S=

(公式)=

(代入数据)=

m2。

探究突破随堂检测所测金属的电阻率ρ=

(公式)=

(代入数据)=

Ω·m。

探究突破随堂检测【注意事项】(1)因一般金属丝电阻较小,为了减少实验的系统误差,必须选择电流表外接法。(2)本实验滑动变阻器若用分压式接法,在接通电源之前应将滑动变阻器调到电压表为零的状态。(3)测量l时应测接入电路中的金属丝的有效长度(即两接线柱之间的长度);在金属丝的3个不同位置上用螺旋测微器或游标卡尺测量直径d。(4)电流不宜过大(电流表用0~0.6A量程),通电时间不宜太长,以免电阻率因温度升高而变化。探究突破随堂检测【实验误差来源及分析】(1)直径测量。(2)长度测量。(3)电路中电流表及电压表内阻对电阻测量的影响。(4)通电电流大小,时间长短,致使电阻丝发热,电阻率随之变化。探究突破随堂检测实例引导一、实验原理与操作例1在做“金属丝电阻率的测量”的实验时,需要对金属丝的电阻进行测量,已知金属丝的电阻值Rx约为20Ω。一位同学用伏安法对这个电阻的阻值进行了比较精确的测量,这位同学想使被测电阻Rx两端的电压变化范围尽可能大。他可选用的器材有:直流电源,电压为8V;电流表A(量程0.6A,内阻约为0.50Ω);电压表V(量程10V,内阻约为10kΩ);滑动变阻器R(最大电阻值为5.0Ω);开关一个,导线若干。探究突破随堂检测(1)根据上述条件,测量时电流表应采用

。(填“外接法”或“内接法”)

(2)在方框内画出实验电路图。

(3)若在上述实验中,电流表的示数为I,电压表的示数为U,且电流表内阻RA与电压表内阻RV均为已知量,用测量物理量和电表内阻计算金属丝电阻的表达式:Rx=

。

探究突破随堂检测解析:(1)待测电阻约为20

Ω,是电流表内阻的40倍,但电压表内阻是待测电阻的500倍,故电阻Rx为小电阻,采用外接法。(2)因为要使Rx两端的电压变化范围尽可能的大,所以滑动变阻器要采用分压式,电路图如图所示。探究突破随堂检测变式训练1利用米尺和如图甲所示的器材(其中电流表的内阻为1Ω,电压表的内阻为5kΩ)测量一根粗细均匀的阻值约为5Ω的金属丝的电阻率。(1)用笔画线代替导线,将图中的器材连接成实物电路图,要求尽量避免交叉,电流表、电压表应该选择合适的量程(已知直流电源的电压为6V,在实物图中用蓄电池符号代替,滑动变阻器的阻值为0~20Ω)。探究突破随堂检测(2)实验时用米尺测量金属丝的长度,示数如图乙所示,电流表、电压表的读数如图丙所示。由图可以读出金属丝两端的电压U=

,流过金属丝的电流I=

,金属丝的长度L=

。

探究突破随堂检测解析:(1)由于金属丝的电阻比电压表的内阻小得多,因此采用电流表外接法;由于金属丝的电阻比滑动变阻器的总电阻要小,因此采用限流式接法,为了保证滑动变阻器起限流作用,滑动变阻器应该连接“A(B)、C”或“A(B)、D”几个接线柱;由题图丙可以看出电流表应该连接“0.6”接线柱和“-”接线柱,具体连线如图所示。(2)由题图丙可以看出:电压表的量程是3

V,所以读数是2.20

V;电流表的量程是0.6

A,所以读数是0.44

A;米尺的读数是40.50

cm-10.00

cm=30.50

cm。答案:(1)见解析

(2)2.20V

0.44A

30.50cm探究突破随堂检测二、仪器的读数及数据处理例2在“金属丝电阻率的测量”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50cm。(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)。

探究突破随堂检测(2)用伏安法测金属丝的电阻Rx,实验所用器材为直流电源(电压3V,内阻1Ω,在实物图中用干电池的符号代替),电流表(内阻约0.1Ω),电压表(内阻约3kΩ),滑动变阻器R(0~20Ω,额定电流2A),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:探究突破随堂检测由以上实验数据可知,他们测量Rx是采用图2中的

(选填“甲”或“乙”)图。

探究突破随堂检测(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。探究突破随堂检测(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=

Ω(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)。

A.1×10-2

Ω·mB.1×10-3

Ω·m

C.1×10-6

Ω·mD.1×10-8

Ω·m探究突破随堂检测解析:(1)螺旋测微器的读数为0

mm+39.8×0.01

mm=0.398

mm。(2)由实验记录的数据可知Rx的阻值大约为5

Ω。由题知Rx≪R

V,故电流表应外接。若滑动变阻器接为限流式接法,则Rx两端的电压最小值Umin=E≈0.6

V,而从实验数据可知Rx两端电压最小值为0.10

V,因此滑动变阻器应采用分压式接法。选题图中甲图。(3)如图甲所示。(4)选尽可能多的点连成一条直线,不在直线上的点均匀分布在直线两侧,如图乙所示。探究突破随堂检测图线的斜率反映了金属丝的电阻,因此金属丝的电阻值Rx≈4.4

Ω。答案:(1)0.398(0.395~0.399均正确)

(2)甲(3)见解析图甲(4)见解析图乙

4.4(4.3~4.7均正确)(5)C探究突破随堂检测变式训练2在“金属电阻率的测量”的实验中,被测金属丝的电阻大约为6Ω。先用刻度尺测出金属丝的长度l,用螺旋测微器测出金属丝的直径d,接着用伏安法测出金属丝两端的电压U和通过金属丝的电流I,计算出它的电阻,再根据电阻定律计算出该金属材料的电阻率。在用伏安法测定金属丝的电阻时,除被测的电阻丝外,还有如下供选择的实验器材:直流电源E,电压为4.5V;电流表A1(量程0~0.6A,内阻为0.125Ω);电流表A2(量程0~3A,内阻为0.025Ω);电压表V1(量程0~3V,内阻为3kΩ);电压表V2(量程0~15V,内阻为15kΩ);探究突破随堂检测滑动变阻器R1(最大阻值10Ω,允许通过的最大电流为0.2A);滑动变阻器R2(最大阻值20Ω,允许通过的最大电流为1.0A);开关、导线等。要求有较高的测量精度,并能测得多组数据。(1)在可供选择的器材中,应该选用的电流表是

,应选用的电压表是

,应该选用的滑动变阻器是

。

(2)根据所选的器材,在如图所示的虚线框中画出实验电路图。(3)写出用测得的物理量表示的计算电阻率的表达式(用字母表示):ρ=

。

探究突破随堂检测解析:(1)由实验器材知直流电源电压约为4.5

V,实验用的金属丝电阻约为6

Ω,干路中的最大电流大约只有0.75

A,故电流表选A1,电压表选V1,滑动变阻器R1的最大电流0.2

A太小,影响测量的范围,所以滑动变阻器选R2。探究突破随堂检测用伏安法测量某电阻Rx的阻值,现有实验器材如下:A.待测电阻Rx:范围在5~8Ω,额定电流0.45AB.电流表A1:量程0~0.6A(内阻0.2Ω)C.电流表A2:量程0~3A(内阻0.05Ω)D.电压表V1:量程0~3V(内阻3kΩ)E.电压表V2:量程0~15V(内阻15kΩ)F.滑动变阻器R:0~100ΩG.直流电源,电压为12VH.导线,开关为了较准确地测量,并保证器材安全,电流表应选

,电压表应选

,并画出电路图。

探究突破随堂检测答案:A1

V1

电路见解析

探究突破随堂检测描绘小灯泡的伏安特性曲线

一、实验目的描绘小灯泡的伏安特性曲线并掌握分析图线的方法。二、实验原理由于灯丝的电阻率随温度的升高而增大,因此灯丝的电阻随温度的升高而增大。由R=

得,在I-U坐标系中,图线上点与原点连线的斜率等于电阻的倒数,故画出的小灯泡的I-U图线为曲线。三、实验器材学生电源(4~6V直流)或电池组、小灯泡(“4V

0.7A”或“3.8V

0.3A”)、滑动变阻器、电压表、电流表、开关、导线若干、铅笔、坐标纸。探究突破随堂检测四、实验过程1.实验步骤(1)根据小灯泡上所标的额定值,确定电流表、电压表的量程,画出实验的电路图,并按图所示的电路图连接好实物图。(2)闭合开关S,调节滑动变阻器,使电流表、电压表有较小的明显示数,记录一组电压U和电流I。探究突破随堂检测(4)断开开关,整理好器材。

(3)用同样的方法测量并记录几组U和I,填入下表。

探究突破随堂检测2.数据处理(1)在坐标纸上以U为横轴、I为纵轴建立直角坐标系。(2)在坐标纸中描出各组数据所对应的点。(坐标系纵轴和横轴的标度要适中,以使所描图线充分占据整个坐标纸为宜)(3)将描出的点用平滑的曲线连接起来,就得到小灯泡的伏安特性曲线。3.实验结果与数据分析(1)结果:描绘出的小灯泡的伏安特性曲线不是直线,而是曲线。(2)分析:曲线的斜率变小,即电阻变大,说明小灯泡的电阻随温度升高而增大。探究突破随堂检测4.误差分析(1)系统误差:由于电压表不是理想电表,内阻并非无穷大,对电路的影响会带来误差。(2)测量误差:测量时读数带来误差。(3)作图误差:在坐标纸上描点、作图带来误差。5.注意事项(1)本实验要作I-U图线,要求测出多组包括零在内的电压值、电流值,因此滑动变阻器应采用分压式接法。(2)由于小灯泡的电阻较小,故采用电流表外接法。(3)画I-U图线时纵轴、横轴的标度要适中,以所描绘图线占据整个坐标纸为宜,不要画成折线,应该用平滑的曲线连接,对个别偏离较远的点应舍去。探究突破随堂检测实例引导一、实验原理的理解及器材的选择例1有一个小灯泡上标有“4

V

2W”的字样,要用伏安法描绘这个小灯泡的I-U图线。现有下列器材供选择:A.电压表(0~5V,内阻10kΩ)B.电压表(0~15V,内阻20kΩ)C.电流表(0~3A,内阻1Ω)D.电流表(0~0.6A,内阻0.4Ω)E.滑动变阻器(10Ω,2A)F.滑动变阻器(500Ω,1A)G.直流电源,电压为6V(在实物图中用蓄电池的符号代替)、开关、导线若干探究突破随堂检测(1)实验时,选用图1中甲而不选用图乙的电路图来完成实验,请说明理由:

。

(2)实验中所用电压表应选用

,电流表应选用

,滑动变阻器应选用

。(用序号字母表示)

探究突破随堂检测(3)把图2中所示的实验器材用实线连接成实物电路图。

探究突破随堂检测探究突破随堂检测答案:(1)描绘小灯泡的I-U图线所测数据需从零开始,并要多取几组数据

(2)A

D

E(3)如图所示探究突破随堂检测规律方法

实物连图的原则和技巧1.总的原则:先串后并,接线到柱,注意量程和正负。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)。探究突破随堂检测变式训练要描绘一个标有“3V

0.6W”小灯泡的伏安特性曲线,灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到3V,并便于操作。已选用的器材有:直流电源,电压为4.5V;电流表(量程为0~250mA,内阻约5Ω);电压表(量程为0~3V,内阻约3kΩ);开关一个、导线若干。(1)实验中所用的滑动变阻器应选下列中的

(填字母代号)。

A.滑动变阻器(最大阻值20Ω,额定电流1A)B.滑动变阻器(最大阻值1750Ω,额定电流0.3A)探究突破随堂检测(2)实验的电路图应选用下列的图

(填字母代号)。

探究突破随堂检测解析:(1)根据“灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到3

V,并便于操作”可知控制电路必为“分压电路”,而“分压电路”需要用总阻值较小的滑动变阻器,故选A。

(2)在(1)中已经明确了控制电路,要选择电流表的接法,题中答案:(1)A

(2)B

探究突破随堂检测二、实验步骤与数据处理例2关于“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验,完成下列问题。(1)完成下列实验步骤:①闭合开关前,调节滑动变阻器的滑片,应停留在滑动变阻器

(选填“左”或“右”)端。

②闭合开关后,逐渐移动变阻器的滑片,增加小灯泡两端的电压,记录电流表和电压表的多组读数,直至电压达到额定电压。探究突破随堂检测③记录如下一组U和I的数据,断开开关。根据实验数据在下图中作出小灯泡灯丝的伏安特性曲线。探究突破