2020版高考物理复习课件：实验测定金属的电阻率

实验11

测定金属的电阻率实验11测定金属的电阻率-2-一、实验目的测量金属的电阻率。二、基本电路的选择伏安法测电阻(1)电流表的内接法和外接法的比较-2-一、实验目的-3--3--4-(2)滑动变阻器的限流接法和分压接法的比较

-4-(2)滑动变阻器的限流接法和分压接法的比较-5-三、实验原理(如图所示)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。四、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(0~50Ω),开关,导线若干,螺旋测微器,毫米刻度尺。-5-三、实验原理(如图所示)-6-五、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.连接好用伏安法测电阻的实验电路。3.用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属丝的有效长度,反复测量三次,求出其平均值l。4.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。5.闭合开关,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,填入记录表格内。-6-五、实验步骤-7-六、数据处理1.在求Rx的平均值时可用两种方法(2)用U-I图线的斜率求出。2.计算电阻率-7-六、数据处理(2)用U-I图线的斜率求出。-8-七、注意事项1.先测直径,再连电路:为了方便,测量直径应在金属丝连入电路之前测量。2.电流表外接法:本实验中被测金属丝的阻值较小,故采用电流表外接法。3.电流控制:电流不宜过大,通电时间不宜过长,以免金属丝温度过高,导致电阻率在实验过程中变大。八、误差分析1.若为内接法,电流表分压。2.若为外接法,电压表分流。3.长度和直径的测量。-8-七、注意事项-9-命题点一命题点二命题点三电路设计典例1(2018·河南新乡三模)在“测定金属的电阻率”实验中,某同学进行了如下操作。(1)用毫米刻度尺测得接入电路中的金属丝的有效长度为l,再用螺旋测微器测量金属丝的直径D,某次测量结果如图甲所示,则这次螺旋测微器的示数D=

mm。

-9-命题点一命题点二命题点三电路设计-10-命题点一命题点二命题点三(2)为了合理选择实验方案和器材,使用欧姆挡先粗测接入电路的金属丝的阻值R。先用“×10”挡,调零后测量时发现指针偏转角度太小,则应改用

(选填“×1”或“×100”)挡,改用后测量结果如图乙所示,则该金属丝的阻值R=

Ω。

(3)为了精确地测量金属丝的阻值,同学们准备了如下器材:①电源(电动势为6V,内阻不计)②电压表V(量程6V,内阻约为3kΩ)③电流表A1○(量程10mA,内阻约为1Ω)④电流表A2○(量程100mA,内阻约为0.2Ω)⑤待测金属丝R⑥滑动变阻器R1(总阻值10Ω)⑦开关及导线若干为了减小误差,实验中电流表应选用

(选填器材前的序号)。

-10-命题点一命题点二命题点三(2)为了合理选择实验方案和-11-命题点一命题点二命题点三(4)请在图丙虚线框中将实验电路图补充完整,并标上相应的器材符号。(5)某次实验中,电流表的示数为I,电压表的示数为U,则该金属的电阻率可表示为r=

(用D、l、U、I等物理量表示)。

-11-命题点一命题点二命题点三(4)请在图丙虚线框中将实验-12-命题点一命题点二命题点三答案:(1)1.700

(2)×100

600

(3)③

-12-命题点一命题点二命题点三答案:(1)1.700(-13-命题点一命题点二命题点三解析:(1)螺旋测微器的示数D=1.5

mm+0.01

mm×20.0=1.700

mm。(2)先用“×10”挡,调零后测量时发现指针偏转角度太小,说明倍率档选择过小,则应改用“×100”挡;该金属丝的阻值R=6×100

Ω=600

Ω。-13-命题点一命题点二命题点三解析:(1)螺旋测微器的示-14-命题点一命题点二命题点三本实验设计有两个问题需要注意:一是电流表的内接法和外接法问题,二是滑动变阻器的接法是限流接法还是分压接法的问题。一般来说,没有特殊要求时用限流接法;当实验中要求电流或电压的测量值从零或很小开始逐渐增大的实验必须采用分压电路;分压电路中滑动变阻器选择阻值较小的;对于电表的选择应遵循安全性、精确性、节能性、方便性原则综合考虑,灵活择取。-14-命题点一命题点二命题点三本实验设计有两个问题需要注意-15-命题点一命题点二命题点三数据处理典例2(2018·山东潍坊统考)一探究小组要测量2B铅笔芯的电阻率,所用的实验器材有:电源E(9V),铅笔芯(最大阻值约6Ω),滑动变阻器(最大阻值20Ω),电流表A(量程为0.3A,内阻约为0.5Ω),电压表V(量程为3V,内阻约为1000Ω),开关S。(1)将虚线框内测量铅笔芯电阻的实验电路图补充完整。(2)实验中,改变连入电路的铅笔芯长度L,测出对应的电阻值R,测得的5组实验数据已描点在如图甲所示的R-L坐标系中,请画出RL图线。-15-命题点一命题点二命题点三数据处理-16-命题点一命题点二命题点三(3)用螺旋测微器测量铅笔芯的直径,如图乙所示,其读数为

mm。

(4)根据画出的R-L图线及测得的铅笔芯的直径,可求得铅笔芯的电阻率为

Ω·m(保留三位有效数字)。

-16-命题点一命题点二命题点三(3)用螺旋测微器测量铅笔芯-17-命题点一命题点二命题点三答案:(1)如图a所示

(2)如图b所示(3)1.200

(4)3.77×10-5-17-命题点一命题点二命题点三答案:(1)如图a所示(-18-命题点一命题点二命题点三创新实验问题——器材或原理的创新

“测定金属的电阻率”实验的核心是导线电阻的测量,除伏安法外,本实验的主要创新点体现在测量目的、测量方法等,要注意实验原理、实验手段的迁移。比如电阻的测量方法变化与创新如下:1.伏安法特点:大内小外(内接法测量值偏大,测大电阻时应用内接法测量,测小电阻时应采用外接法测量)。-18-命题点一命题点二命题点三创新实验问题——器材或原理的-19-命题点一命题点二命题点三典例3某同学测量阻值约25kΩ的电阻Rx,现备有下列器材:A.电流表(量程100μA,内阻约2kΩ);B.电流表(量程500μA,内阻约300Ω);C.电压表(量程15V,内阻约100kΩ);D.电压表(量程50V,内阻约500kΩ);E.直流电源(20V,允许最大电流1A);F.滑动变阻器(最大阻值1kΩ,额定功率1W);G.开关和导线若干。-19-命题点一命题点二命题点三典例3某同学测量阻值约25-20-命题点一命题点二命题点三(1)电流表应选

,电压表应选

。(填器材代号)

(2)该同学正确选择仪器后连接了如图所示电路,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

。

-20-命题点一命题点二命题点三(1)电流表应选,电-21-命题点一命题点二命题点三答案:(1)B

C

(2)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:(1)本题中,待测电阻Rx的阻值约25

kΩ,直流电源电动势为20

V,经粗略计算电路中的最大电流

,所以电流表选择B;虽然电压表C的量程不足,但是相比起来,电压表D的量程超过太多,读数不准,所以电压表选择C。(2)由题图可知,电路在接线上存在的问题为①电流表应采用内接的方法;②滑动变阻器应采用分压式接法。-21-命题点一命题点二命题点三答案:(1)BC(2)-22-命题点一命题点二命题点三2.伏伏法若电压表内阻已知,则可将其当作电流表、电压表和定值电阻来使用。(1)如图甲所示,两电压表的满偏电流接近时,若已知V1的内阻R1,则可测出V2的内阻(2)如图乙所示,两电压表的满偏电流IV1≪IV2时,若已知V1的内阻R1,V1并联一定值电阻R0后,同样可得V2的内阻-22-命题点一命题点二命题点三2.伏伏法-23-命题点一命题点二命题点三典例4用以下器材可测量电阻Rx的阻值。待测电阻Rx,阻值约为600Ω;电源E,电动势约为6.0V,内阻可忽略不计;电压表V1,量程为0~500mV,内阻r1=1000Ω;电压表V2,量程为0~6V,内阻r2约为10kΩ;电流表A,量程为0~0.6A,内阻r3约为1Ω;定值电阻R0,R0=60Ω;滑动变阻器R,最大阻值为150Ω;单刀单掷开关S一个,导线若干。-23-命题点一命题点二命题点三典例4用以下器材可测量电阻R-24-命题点一命题点二命题点三(1)测量中要求两只电表的读数都不小于其量程的,并能测量多组数据,请在虚线框中画出测量电阻Rx的实验电路图。

(2)若选择测量数据中的一组来计算Rx,则由已知量和测量物理量计算Rx的表达式为Rx=

,式中各符号的意义是

。(所有物理量用题中代表符号表示)

-24-命题点一命题点二命题点三(1)测量中要求两只电表的读-25-命题点一命题点二命题点三-25-命题点一命题点二命题点三-26-命题点一命题点二命题点三-26-命题点一命题点二命题点三-27-命题点一命题点二命题点三3.安安法若电流表内阻已知,则可将其当作电流表、电压表以及定值电阻来使用。(1)如图甲所示,当两电流表所能测得的最大电压接近时,如果已知A1的内阻R1,则可测得A2的内阻(2)如图乙所示,当两电流表的满偏电压UA2≫UA1时,如果已知A1的内阻R1,A1串联一定值电阻R0后,同样可测得A2的电阻-27-命题点一命题点二命题点三3.安安法-28-命题点一命题点二命题点三典例5测定一个待测电阻Rx的阻值(阻值约为200Ω),实验室提供如下器材:电池组E:电动势3V,内阻不计;电流表A1:量程0~15mA,内阻约为100Ω;电流表A2:量程0~300μA,内阻为1000Ω;滑动变阻器R1:阻值范围0~20Ω,额定电流2A;电阻箱R2:阻值范围0~9999Ω,额定电流1A;开关S、导线若干。要求实验中尽可能准确地测量Rx的阻值,请回答下列问题:-28-命题点一命题点二命题点三典例5测定一个待测电阻Rx的-29-命题点一命题点二命题点三(1)为了测量待测电阻两端的电压,可以将电流表

(填写器材代号)与电阻箱串联,并将电阻箱阻值调到

Ω,这样可以改装成一个量程为3.0V的电压表。

(2)在图甲中画完整测量Rx阻值的电路图,并在图中标明器材代号。-29-命题点一命题点二命题点三(1)为了测量待测电阻两端的-30-命题点一命题点二命题点三(3)调节滑动变阻器R1,两表的示数如图乙所示,可读出电流表A1的示数是

mA,电流表A2的示数是

μA,测得待测电阻Rx的阻值是

。本次测量存在一定的系统误差,考虑这个原因测量值比真实值

(填“偏大”或“偏小”)。

-30-命题点一命题点二命题点三(3)调节滑动变阻器R1,两-31-命题点一命题点二命题点三答案:(1)A2

9000

(2)电路如图(3)8.0

150

18.75Ω

偏小-31-命题点一命题点二命题点三答案:(1)A2900-32-命题点一命题点二命题点三-32-命题点一命题点二命题点三-33-命题点一命题点二命题点三4.半偏法测电表内阻(1)恒流半偏:合上开关S1,调节R1,使电流表指针偏转到满刻度。再合上开关S2,保持滑动变阻器R1的滑片位置不动,调节R2的阻值,使电流表的指针偏转到满刻度的一半。当R1≫R2时,可认为合上S2后,整个电路的电阻几乎没有发生改变,即总电流几乎没有发生改变,故可近似认为RA=R2。-33-命题点一命题点二命题点三4.半偏法测电表内阻-34-命题点一命题点二命题点三(2)恒压半偏:合上S1、S2,调节R1,使电压表指针偏转到满刻度。再断开开关S2,保持滑动变阻器R1的滑片位置不动,调节R2的阻值,使电压表的指针偏转到满刻度的一半。当R1≪R2时,可认为断开S2后,整个电路的电阻几乎没有发生改变,即从分压器分出的电压几乎没有发生改变,故可近似认为RV=R2。-34-命题点一命题点二命题点三(2)恒压半偏:合上S1、S-35-命题点一命题点二命题点三典例6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V(量程3V,内阻约为3000Ω),电阻箱R0(最大阻值为99999.9Ω),滑动变阻器R1(最大阻值100Ω,额定电流2A),电源E(电动势6V,内阻不计),开关2个,导线若干。-35-命题点一命题点二命题点三典例6电压表满偏时通过该表的-36-命题点一命题点二命题点三(1)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,将电路图补充完整。(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'

(选填“>”“=”或“<”)RV,主要理由是

。

-36-命题点一命题点二命题点三(1)虚线框内为该同学设计的-37-命题点一命题点二命题点三答案:(1)见解析图

(2)见解析

(3)>

见解析解析:(1)实验电路图如图所示。(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,RV'>RV。-37-命题点一命题点二命题点三答案:(1)见解析图(2-38-命题点一命题点二命题点三5.等效法测电阻如图所示,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。1-38-命题点一命题点二命题点三5.等效法测电阻1-39-命题点一命题点二命题点三典例7电流表A1的量程为0~200μA、内电阻约为500Ω,现要测其内阻,除若干开关、导线之外还有器材如下:电流表A2:与A1规格相同;滑动变阻器R1:阻值0~20Ω;电阻箱R2:阻值0~9999Ω;保护电阻R3:阻值约为3kΩ;电源:电动势E约1.5V、内阻r约2Ω。-39-命题点一命题点二命题点三典例7电流表A1的量程为0~-40-命题点一命题点二命题点三(1)如图所示,某同学想用替代法测量电流表内阻,他设计了部分测量电路,在此基础上请你将滑动变阻器接入电路中,使实验可以完成。-40-命题点一命题点二命题点三(1)如图所示,某同学想用替-41-命题点一命题点二命题点三(2)电路补充完整后,请你完善以下测量电流表A1内电阻的实验步骤。a.先将滑动变阻器R1的滑动端移到使电路安全的位置,再把电阻箱R2的阻值调到

(填“最大”或“最小”)。

b.闭合开关S1、S,调节滑动变阻器R1,使两电流表的指针在满偏附近,记录电流表A2的示数I。c.断开S1,保持S闭合、R1不变,再闭合S2,调节电阻箱R2,使电流表A2的示数

,读出此时电阻箱的示数R2,则电流表A1内阻r=

。

-41-命题点一命题点二命题点三(2)电路补充完整后,请你完-42-命题点一命题点二命题点三答案:(1)见解析图

(2)a.最大

c.再次为I(或仍为I)

R2解析:(1)滑动变阻器的阻值远小于待测电流表内阻,因此必须采用分压接法,电路图如图所示。(2)a.实验前R2应该调节到最大,以保证电表安全;c.替代法最简单的操作是让A2示数不变,则可直接从R2的读数得到电流表的内阻值。-42-命题点一命题点二命题点三答案:(1)见解析图(2-43-命题点一命题点二命题点三6.比较法测电阻如图所示,读得电阻箱R1的阻值及A1、A2的示数I1、I2,可得如果考虑电流表内阻的影响,则I2(Rx+RA2)=I1(R1+RA1)。-43-命题点一命题点二命题点三6.比较法测电阻-44-1.(2018·西宁下学期复习检测)某同学利用如图所示的电路,测定一个自感系数很大的线圈L的直流电阻RL,实验室提供下列器材:①待测线圈L,阻值约为2Ω,额定电流为2A②电流表A1量程为0.6A,内阻r1为0.2Ω③电流表A2量程为3A,内阻r2约为0.2Ω④变阻器R1阻值为0~10Ω,变阻器R2为0~1kΩ⑤电池E,电动势为9V,内阻很小⑥定值电阻R3=10Ω,R4=1000Ω⑦开关S1、S2要求实验时,改变变阻器的阻值,待电路稳定时,可使在尽可能大的范围内测得多组A1表、A2表的读数I1、I2,利用I2-I1的图象,求出电感线圈的电阻。-44-1.(2018·西宁下学期复习检测)某同学利用如图所-45-(1)实验中定值电阻应选用

,变阻器应选用

。(填代号)

(2)I2-I1对应的函数关系式为

。

(选用题干所给出的物理符号表示)(3)实验结束时应先断开开关

,后断开开关

。

(4)由I2-I1图象得出

的平均值为6.0,则电感线圈的直流电阻为

。(结果保留3位有效数字)

-45-(1)实验中定值电阻应选用,变阻器应选用-46--46--47-2.(2018·河南郑州模拟)在“测定金属丝的电阻率”实验中,所用的测量仪器均已校准,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,某一次测量结果(接近多次测量的平均值)如图1所示,其读数为

mm。

-47-2.(2018·河南郑州模拟)在“测定金属丝的电阻率-48--48--49-(2)用伏安法测金属丝的电阻Rx的阻值(约为15Ω),实验室提供了如下器材:A.电池组E(电动势为3V,内阻约为1Ω)B.电流表A1(量程为0~0.6A,内阻约为0.5Ω)C.电流表A2(量程为0~3A,内阻为0.02Ω)D.电压表V1(量程为0~3V,内阻约为5kΩ)E.电压表V2(量程为0~15V,内阻为15kΩ)F.电阻箱R(阻值范围为0~99.99Ω,额定电流为1A)G.开关S,导线若干为使测量尽可能准确,电流表应选用

,电压表应选用

;(填器材前的字母标号)应采用图2给出的

电路进行测量。

-49-(2)用伏安法测金属丝的电阻Rx的阻值(约为15Ω-50--50--51-(5)关于本实验的误差,下列说法中正确的是

(填选项前的字母标号)。

A.用螺旋测微器测量金属丝的直径时,由于读数引起的误差属于系统误差B.由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内阻计算在内,可以消除由测量仪表引起的系统误差D.用

图象处理数据求金属丝的电阻可以减小偶然误差-51-(5)关于本实验的误差,下列说法中正确的是(-52-答案:(1)0.399

(2)B

D

甲

(3)17

(4)C

(5)CD解析:(1)由图示螺旋测微器可知,其读数为:0

mm+39.9×0.01

mm=0.399

mm。(2)电源电动势为3

V,则电压表选D.电压表V1(量程为0~3

V,内阻约为5

kΩ);通过电阻丝的最大电流约为:,电流表选择B.电流表A1(量程为0~0.6

A,内阻约为0.5

Ω);由题意可知,电压表内阻远大于待测电阻阻值,电流表应选择外接法;由题意可知,待测电阻阻值约为15

Ω,电阻箱最大阻值为99.99

Ω,为测多组实验数据,电阻箱应与待测电阻并联,如果串联所测实验数据太少,应选择图甲所示实验电路。-52-答案:(1)0.399(2)BD甲(3)1-53--53--54-(5)读数引起的误差是由人为因素引起的,属于偶然误差,用螺旋测微器测量金属丝的直径时,由于读数引起的误差属于偶然误差,故A项错误;由电流表和电压表内阻引起的误差属于系统误差,不是偶然误差,故B项错误;若将电流表和电压表内阻计算在内,可以消除由测量仪表引起的系统误差,故C项正确;用

图象处理数据求金属丝的电阻可以减小偶然误差,不能消除系统误差,故D项正确。所以本小题答案为CD。-54-(5)读数引起的误差是由人为因素引起的,属于偶然误差-55-3.(2018·河南六市一联)某学习小组设计了一个测定金属丝电阻率的实验电路如图所示。ab是一段粗细均匀的金属电阻丝,R0是阻值为6Ω的保护电阻,学生电源的输出电压为10V,电流表可视为理想电表。-55-3.(2018·河南六市一联)某学习小组设计了一个测-56-(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径如图所示,其直径为

mm。

(2)先接通电源,后闭合开关,发现电流表的示数为零,利用多用电表检查故障(电路中故障只有一处),先将选择开关旋至直流电压挡,测得各点间的电压如下表格。由此可以判断电路发生的故障是

。

-56-(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径如图所示,其直径为-57-(3)排除故障后进行实验,闭合开关K,调节线夹的位置,记录金属电阻丝ab接入电路的长度L和对应的电流表的示数I,根据得到的实验数据,作出了-L图象。由图象和测得的数据可估算出该金属丝的电阻率为

Ω·m。(π取3,保留一位有效数字)

(4)若电流表不能视为理想电表,考虑电流表的电阻,则电阻率的测量值

(选填“大于”“等于”或“小于”)真实值。

-57-(3)排除故障后进行实验,闭合开关K,调节线夹的位置-58-答案:(1)0.900(±0.001均可)

(2)c、d间断路

(3)6×10-6(4)等于解析:(1)直径d=0.5

mm+40.0×0.01

mm=0.900

mm。(2)因e、c间电压为10

V,而e、d间电压为0

V,则可判断发生的故障是c、d间断路。-58-答案:(1)0.900(±0.001均可)(2)-59-4.(2016·全国卷Ⅱ)某同学利用图(a)所示电路测量量程为2.5V的电压表V的内阻(内阻为数千欧姆),可供选择的器材有:电阻箱R(最大阻值99999.9Ω),滑动变阻器R1(最大阻值50Ω),滑动变阻器R2(最大阻值5kΩ),直流电源E(电动势3V),开关1个,导线若干。实验步骤如下:①按电路原理图(a)连接线路;②将电阻箱阻值调节为0,将滑动变阻器的滑片移到与图(a)中最左端所对应的位置,闭合开关S;③调节滑动变阻器,使电压表满偏;④保持滑动变阻器滑片的位置不变,调节电阻箱阻值,使电压表的示数为2.00V,记下电阻箱的阻值。图(a)-59-4.(2016·全国卷Ⅱ)某同学利用图(a)所示电-60-回答下列问题:(1)实验中应选择滑动变阻器

(填“R1”或“R2”)。

(2)根据图(a)所示电路将图(b)中实物图连线。-60-回答下列问题:-61-(3)实验步骤④中记录的电阻箱阻值为630.0Ω,若认为调节电阻箱时滑动变阻器上的分压不变,计算可得电压表的内阻为

Ω(结果保留到个位)。

(4)如果此电压表是由一个表头和电阻串联构成的,可推断该表头的满刻度电流为

(填正确答案标号)。

A.100μA B.250μAC.500μA D.1mA-61-(3)实验步骤④中记录的电阻箱阻值为630.0Ω,-62-答案(1)R1

(2)如图所示

(3)2520

(4)D-62-答案(1)R1(2)如图所示(3)2520(-63-解析:(1)滑动变阻器采用分压式接法,滑动变阻器总阻值越小,当被测电路的电阻变化时,分压电路输出电压的影响越小,滑动变阻器应选R1。(2)注意电源的正负极和电表的正负极之间的关系。(3)电压表和电阻箱的分压关系为2∶0.5,当电阻箱阻值为630.0

Ω时,电压表内阻应为其阻值的4倍,即2

520

Ω。(4)电压表的满偏电压为2.5

V,电阻为2

520

Ω,所以满偏电流为-63-解析:(1)滑动变阻器采用分压式接法,滑动变阻器总实验11

测定金属的电阻率实验11测定金属的电阻率-65-一、实验目的测量金属的电阻率。二、基本电路的选择伏安法测电阻(1)电流表的内接法和外接法的比较-2-一、实验目的-66--3--67-(2)滑动变阻器的限流接法和分压接法的比较

-4-(2)滑动变阻器的限流接法和分压接法的比较-68-三、实验原理(如图所示)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。四、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(0~50Ω),开关,导线若干,螺旋测微器,毫米刻度尺。-5-三、实验原理(如图所示)-69-五、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.连接好用伏安法测电阻的实验电路。3.用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属丝的有效长度,反复测量三次,求出其平均值l。4.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。5.闭合开关,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,填入记录表格内。-6-五、实验步骤-70-六、数据处理1.在求Rx的平均值时可用两种方法(2)用U-I图线的斜率求出。2.计算电阻率-7-六、数据处理(2)用U-I图线的斜率求出。-71-七、注意事项1.先测直径,再连电路:为了方便,测量直径应在金属丝连入电路之前测量。2.电流表外接法:本实验中被测金属丝的阻值较小,故采用电流表外接法。3.电流控制:电流不宜过大,通电时间不宜过长,以免金属丝温度过高,导致电阻率在实验过程中变大。八、误差分析1.若为内接法,电流表分压。2.若为外接法,电压表分流。3.长度和直径的测量。-8-七、注意事项-72-命题点一命题点二命题点三电路设计典例1(2018·河南新乡三模)在“测定金属的电阻率”实验中,某同学进行了如下操作。(1)用毫米刻度尺测得接入电路中的金属丝的有效长度为l,再用螺旋测微器测量金属丝的直径D,某次测量结果如图甲所示,则这次螺旋测微器的示数D=

mm。

-9-命题点一命题点二命题点三电路设计-73-命题点一命题点二命题点三(2)为了合理选择实验方案和器材,使用欧姆挡先粗测接入电路的金属丝的阻值R。先用“×10”挡,调零后测量时发现指针偏转角度太小,则应改用

(选填“×1”或“×100”)挡,改用后测量结果如图乙所示,则该金属丝的阻值R=

Ω。

(3)为了精确地测量金属丝的阻值,同学们准备了如下器材:①电源(电动势为6V,内阻不计)②电压表V(量程6V,内阻约为3kΩ)③电流表A1○(量程10mA,内阻约为1Ω)④电流表A2○(量程100mA,内阻约为0.2Ω)⑤待测金属丝R⑥滑动变阻器R1(总阻值10Ω)⑦开关及导线若干为了减小误差,实验中电流表应选用

(选填器材前的序号)。

-10-命题点一命题点二命题点三(2)为了合理选择实验方案和-74-命题点一命题点二命题点三(4)请在图丙虚线框中将实验电路图补充完整,并标上相应的器材符号。(5)某次实验中,电流表的示数为I,电压表的示数为U,则该金属的电阻率可表示为r=

(用D、l、U、I等物理量表示)。

-11-命题点一命题点二命题点三(4)请在图丙虚线框中将实验-75-命题点一命题点二命题点三答案:(1)1.700

(2)×100

600

(3)③

-12-命题点一命题点二命题点三答案:(1)1.700(-76-命题点一命题点二命题点三解析:(1)螺旋测微器的示数D=1.5

mm+0.01

mm×20.0=1.700

mm。(2)先用“×10”挡,调零后测量时发现指针偏转角度太小,说明倍率档选择过小,则应改用“×100”挡;该金属丝的阻值R=6×100

Ω=600

Ω。-13-命题点一命题点二命题点三解析:(1)螺旋测微器的示-77-命题点一命题点二命题点三本实验设计有两个问题需要注意:一是电流表的内接法和外接法问题,二是滑动变阻器的接法是限流接法还是分压接法的问题。一般来说,没有特殊要求时用限流接法;当实验中要求电流或电压的测量值从零或很小开始逐渐增大的实验必须采用分压电路;分压电路中滑动变阻器选择阻值较小的;对于电表的选择应遵循安全性、精确性、节能性、方便性原则综合考虑,灵活择取。-14-命题点一命题点二命题点三本实验设计有两个问题需要注意-78-命题点一命题点二命题点三数据处理典例2(2018·山东潍坊统考)一探究小组要测量2B铅笔芯的电阻率,所用的实验器材有:电源E(9V),铅笔芯(最大阻值约6Ω),滑动变阻器(最大阻值20Ω),电流表A(量程为0.3A,内阻约为0.5Ω),电压表V(量程为3V,内阻约为1000Ω),开关S。(1)将虚线框内测量铅笔芯电阻的实验电路图补充完整。(2)实验中,改变连入电路的铅笔芯长度L,测出对应的电阻值R,测得的5组实验数据已描点在如图甲所示的R-L坐标系中,请画出RL图线。-15-命题点一命题点二命题点三数据处理-79-命题点一命题点二命题点三(3)用螺旋测微器测量铅笔芯的直径,如图乙所示,其读数为

mm。

(4)根据画出的R-L图线及测得的铅笔芯的直径,可求得铅笔芯的电阻率为

Ω·m(保留三位有效数字)。

-16-命题点一命题点二命题点三(3)用螺旋测微器测量铅笔芯-80-命题点一命题点二命题点三答案:(1)如图a所示

(2)如图b所示(3)1.200

(4)3.77×10-5-17-命题点一命题点二命题点三答案:(1)如图a所示(-81-命题点一命题点二命题点三创新实验问题——器材或原理的创新

“测定金属的电阻率”实验的核心是导线电阻的测量,除伏安法外,本实验的主要创新点体现在测量目的、测量方法等,要注意实验原理、实验手段的迁移。比如电阻的测量方法变化与创新如下:1.伏安法特点:大内小外(内接法测量值偏大,测大电阻时应用内接法测量,测小电阻时应采用外接法测量)。-18-命题点一命题点二命题点三创新实验问题——器材或原理的-82-命题点一命题点二命题点三典例3某同学测量阻值约25kΩ的电阻Rx,现备有下列器材:A.电流表(量程100μA,内阻约2kΩ);B.电流表(量程500μA,内阻约300Ω);C.电压表(量程15V,内阻约100kΩ);D.电压表(量程50V,内阻约500kΩ);E.直流电源(20V,允许最大电流1A);F.滑动变阻器(最大阻值1kΩ,额定功率1W);G.开关和导线若干。-19-命题点一命题点二命题点三典例3某同学测量阻值约25-83-命题点一命题点二命题点三(1)电流表应选

,电压表应选

。(填器材代号)

(2)该同学正确选择仪器后连接了如图所示电路,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

。

-20-命题点一命题点二命题点三(1)电流表应选,电-84-命题点一命题点二命题点三答案:(1)B

C

(2)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:(1)本题中,待测电阻Rx的阻值约25

kΩ,直流电源电动势为20

V,经粗略计算电路中的最大电流

,所以电流表选择B;虽然电压表C的量程不足,但是相比起来,电压表D的量程超过太多,读数不准,所以电压表选择C。(2)由题图可知,电路在接线上存在的问题为①电流表应采用内接的方法;②滑动变阻器应采用分压式接法。-21-命题点一命题点二命题点三答案:(1)BC(2)-85-命题点一命题点二命题点三2.伏伏法若电压表内阻已知,则可将其当作电流表、电压表和定值电阻来使用。(1)如图甲所示,两电压表的满偏电流接近时,若已知V1的内阻R1,则可测出V2的内阻(2)如图乙所示,两电压表的满偏电流IV1≪IV2时,若已知V1的内阻R1,V1并联一定值电阻R0后,同样可得V2的内阻-22-命题点一命题点二命题点三2.伏伏法-86-命题点一命题点二命题点三典例4用以下器材可测量电阻Rx的阻值。待测电阻Rx,阻值约为600Ω;电源E,电动势约为6.0V,内阻可忽略不计;电压表V1,量程为0~500mV,内阻r1=1000Ω;电压表V2,量程为0~6V,内阻r2约为10kΩ;电流表A,量程为0~0.6A,内阻r3约为1Ω;定值电阻R0,R0=60Ω;滑动变阻器R,最大阻值为150Ω;单刀单掷开关S一个,导线若干。-23-命题点一命题点二命题点三典例4用以下器材可测量电阻R-87-命题点一命题点二命题点三(1)测量中要求两只电表的读数都不小于其量程的,并能测量多组数据,请在虚线框中画出测量电阻Rx的实验电路图。

(2)若选择测量数据中的一组来计算Rx,则由已知量和测量物理量计算Rx的表达式为Rx=

,式中各符号的意义是

。(所有物理量用题中代表符号表示)

-24-命题点一命题点二命题点三(1)测量中要求两只电表的读-88-命题点一命题点二命题点三-25-命题点一命题点二命题点三-89-命题点一命题点二命题点三-26-命题点一命题点二命题点三-90-命题点一命题点二命题点三3.安安法若电流表内阻已知,则可将其当作电流表、电压表以及定值电阻来使用。(1)如图甲所示,当两电流表所能测得的最大电压接近时,如果已知A1的内阻R1,则可测得A2的内阻(2)如图乙所示,当两电流表的满偏电压UA2≫UA1时,如果已知A1的内阻R1,A1串联一定值电阻R0后,同样可测得A2的电阻-27-命题点一命题点二命题点三3.安安法-91-命题点一命题点二命题点三典例5测定一个待测电阻Rx的阻值(阻值约为200Ω),实验室提供如下器材:电池组E:电动势3V,内阻不计;电流表A1:量程0~15mA,内阻约为100Ω;电流表A2:量程0~300μA,内阻为1000Ω;滑动变阻器R1:阻值范围0~20Ω,额定电流2A;电阻箱R2:阻值范围0~9999Ω,额定电流1A;开关S、导线若干。要求实验中尽可能准确地测量Rx的阻值,请回答下列问题:-28-命题点一命题点二命题点三典例5测定一个待测电阻Rx的-92-命题点一命题点二命题点三(1)为了测量待测电阻两端的电压,可以将电流表

(填写器材代号)与电阻箱串联,并将电阻箱阻值调到

Ω,这样可以改装成一个量程为3.0V的电压表。

(2)在图甲中画完整测量Rx阻值的电路图,并在图中标明器材代号。-29-命题点一命题点二命题点三(1)为了测量待测电阻两端的-93-命题点一命题点二命题点三(3)调节滑动变阻器R1,两表的示数如图乙所示,可读出电流表A1的示数是

mA,电流表A2的示数是

μA,测得待测电阻Rx的阻值是

。本次测量存在一定的系统误差,考虑这个原因测量值比真实值

(填“偏大”或“偏小”)。

-30-命题点一命题点二命题点三(3)调节滑动变阻器R1,两-94-命题点一命题点二命题点三答案:(1)A2

9000

(2)电路如图(3)8.0

150

18.75Ω

偏小-31-命题点一命题点二命题点三答案:(1)A2900-95-命题点一命题点二命题点三-32-命题点一命题点二命题点三-96-命题点一命题点二命题点三4.半偏法测电表内阻(1)恒流半偏:合上开关S1,调节R1,使电流表指针偏转到满刻度。再合上开关S2,保持滑动变阻器R1的滑片位置不动,调节R2的阻值,使电流表的指针偏转到满刻度的一半。当R1≫R2时,可认为合上S2后,整个电路的电阻几乎没有发生改变,即总电流几乎没有发生改变,故可近似认为RA=R2。-33-命题点一命题点二命题点三4.半偏法测电表内阻-97-命题点一命题点二命题点三(2)恒压半偏:合上S1、S2,调节R1,使电压表指针偏转到满刻度。再断开开关S2,保持滑动变阻器R1的滑片位置不动,调节R2的阻值,使电压表的指针偏转到满刻度的一半。当R1≪R2时,可认为断开S2后,整个电路的电阻几乎没有发生改变,即从分压器分出的电压几乎没有发生改变,故可近似认为RV=R2。-34-命题点一命题点二命题点三(2)恒压半偏:合上S1、S-98-命题点一命题点二命题点三典例6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V(量程3V,内阻约为3000Ω),电阻箱R0(最大阻值为99999.9Ω),滑动变阻器R1(最大阻值100Ω,额定电流2A),电源E(电动势6V,内阻不计),开关2个,导线若干。-35-命题点一命题点二命题点三典例6电压表满偏时通过该表的-99-命题点一命题点二命题点三(1)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,将电路图补充完整。(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'

(选填“>”“=”或“<”)RV,主要理由是

。

-36-命题点一命题点二命题点三(1)虚线框内为该同学设计的-100-命题点一命题点二命题点三答案:(1)见解析图

(2)见解析

(3)>

见解析解析:(1)实验电路图如图所示。(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,RV'>RV。-37-命题点一命题点二命题点三答案:(1)见解析图(2-101-命题点一命题点二命题点三5.等效法测电阻如图所示,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。1-38-命题点一命题点二命题点三5.等效法测电阻1-102-命题点一命题点二命题点三典例7电流表A1的量程为0~200μA、内电阻约为500Ω,现要测其内阻,除若干开关、导线之外还有器材如下:电流表A2:与A1规格相同;滑动变阻器R1:阻值0~20Ω;电阻箱R2:阻值0~9999Ω;保护电阻R3:阻值约为3kΩ;电源:电动势E约1.5V、内阻r约2Ω。-39-命题点一命题点二命题点三典例7电流表A1的量程为0~-103-命题点一命题点二命题点三(1)如图所示,某同学想用替代法测量电流表内阻,他设计了部分测量电路,在此基础上请你将滑动变阻器接入电路中,使实验可以完成。-40-命题点一命题点二命题点三(1)如图所示,某同学想用替-104-命题点一命题点二命题点三(2)电路补充完整后,请你完善以下测量电流表A1内电阻的实验步骤。a.先将滑动变阻器R1的滑动端移到使电路安全的位置,再把电阻箱R2的阻值调到

(填“最大”或“最小”)。

b.闭合开关S1、S,调节滑动变阻器R1,使两电流表的指针在满偏附近,记录电流表A2的示数I。c.断开S1,保持S闭合、R1不变,再闭合S2,调节电阻箱R2,使电流表A2的示数

,读出此时电阻箱的示数R2,则电流表A1内阻r=

。

-41-命题点一命题点二命题点三(2)电路补充完整后,请你完-105-命题点一命题点二命题点三答案:(1)见解析图

(2)a.最大

c.再次为I(或仍为I)

R2解析:(1)滑动变阻器的阻值远小于待测电流表内阻,因此必须采用分压接法,电路图如图所示。(2)a.实验前R2应该调节到最大,以保证电表安全;c.替代法最简单的操作是让A2示数不变,则可直接从R2的读数得到电流表的内阻值。-42-命题点一命题点二命题点三答案:(1)见解析图(2-106-命题点一命题点二命题点三6.比较法测电阻如图所示,读得电阻箱R1的阻值及A1、A2的示数I1、I2,可得如果考虑电流表内阻的影响,则I2(Rx+RA2)=I1(R1+RA1)。-43-命题点一命题点二命题点三6.比较法测电阻-107-1.(2018·西宁下学期复习检测)某同学利用如图所示的电路,测定一个自感系数很大的线圈L的直流电阻RL,实验室提供下列器材:①待测线圈L,阻值约为2Ω,额定电流为2A②电流表A1量程为0.6A,内阻r1为0.2Ω③电流表A2量程为3A,内阻r2约为0.2Ω④变阻器R1阻值为0~10Ω,变阻器R2为0~1kΩ⑤电池E,电动势为9V,内阻很小⑥定值电阻R3=10Ω,R4=1000Ω⑦开关S1、S2要求实验时,改变变阻器的阻值,待电路稳定时,可使在尽可能大的范围内测得多组A1表、A2表的读数I1、I2,利用I2-I1的图象,求出电感线圈的电阻。-44-1.(2018·西宁下学期复习检测)某同学利用如图所-108-(1)实验中定值电阻应选用

,变阻器应选用

。(填代号)

(2)I2-I1对应的函数关系式为

。

(选用题干所给出的物理符号表示)(3)实验结束时应先断开开关

,后断开开关

。

(4)由I2-I1图象得出

的平均值为6.0,则电感线圈的直流电阻为

。(结果保留3位有效数字)

-45-(1)实验中定值电阻应选用,变阻器应选用-109--46--110-2.(2018·河南郑州模拟)在“测定金属丝的电阻率”实验中,所用的测量仪器均已校准,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,某一次测量结果(接近多次测量的平均值)如图1所示,其读数为

mm。

-47-2.(2018·河南郑州模拟)在“测定金属丝的电阻率-111--48--112-(2)用伏安法测金属丝的电阻Rx的阻值(约为15Ω),实验室提供了如下器材:A.电池组E(电动势为3V,内阻约为1Ω)B.电流表A1(量程为0~0.6A,内阻约为0.5Ω)C.电流表A2(量程为0~3A,内阻为0.02Ω)D.电压表V1(量程为0~3V,内阻约为5kΩ)E.电压表V2(量程为0~15V,内阻为15kΩ)F.电阻箱R(阻值范围为0~99.99Ω,额定电流为1A)G.开关S,导线若干为使测量尽可能准确,电流表应选用

,电压表应选用

;(填器材前的字母标号)应采用图2给出的

电路进行测量。

-49-(2)用伏安法测金属丝的电阻Rx的阻值(约为15Ω-113--50--114-(5)关于本实验的误差,下列说法中正确的是

(填选项前的字母标号)。

A.用螺旋测微器测量金属丝的直径时,由于读数引起的误差属于系统误差B.由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内阻计算在内,可以消除由测量仪表引起的系统误差D.用

图象处理数据求金属丝的电阻可以减小偶然误差-51-(5)关于本实验的误差,下列说法中正确的是(-115-答案:(1)0.399

(2)B

D

甲

(3)17

(4)C

(5)CD解析:(1)由图示螺旋测微器可知,其读数为:0

mm+39.9×0.01

mm=0.399

mm。(2)