创新大课堂2017届新课标高考物理一轮课件7实验7测定金属电阻率

第七章 恒定电流实验七 测定金属的电阻率[基础梳理]一、实验目的掌握螺旋测微器的原理及读数方法．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．会用伏安法测电阻，并能测定金属的电阻率．二、实验原理把金属丝接入电路中，用伏安法测金属丝的电阻

R(R

U

．电路原理图如图所示．＝

I

)用毫米刻度尺量得金属丝接人电路的长度l，用螺旋测微器量得金属丝的直径，算出横截面积

S.S3．利用电阻定律R＝ρl

，得金属丝电阻率ρ＝RSl

.三、实验器材毫米刻度尺、螺旋测微器、直流电流表和直流电压表、滑动变阻器(阻值范围0～50Ω)、电池组、开关、被测金属丝、导线若干．四、实验步骤1．直径测定：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，计算出金属丝的横截面πd2积

S＝

4

.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．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.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.UIRx5.拆除实验线路，整理好实验器材．五、注意事项1.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，亦即电压表并入的待测导线长度，测量时应将导线拉直．为了准确，应在金属丝连入电路前测其直径并求平均值，应测量拉直悬空的连入电路的金属丝的有效长度，且测三次，取平均值．2.本实验中被测金属导线的电阻值较小，因此实验电路必须采用电流表外接法．使用前若指针未对准零刻度线，应进行零点调整(机械调零)．选择合适的量程：使得测量时指针偏转角度要尽可能1大，一般要求超过量程的3，但又不能超过量程．(3)电流表应串联在被测电路中，电压表应并联在被测电路两端．电流“＋”“－”接线柱不能接反．3.实验连线时，应先从电源的正极出发，依次将电源、电键、电流表、待测金属导线、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．4.闭合电键S之前，一定要使滑动变阻器的滑动片处在有效电阻值最大的位置．5.在用伏安法测电阻时，通过待测导线的电流I的值不宜过大(电流表用0～0.6A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．为准确求出R平均值，应采用U－I图象法求电阻．6.对螺旋测微器读数时，毫米的整数部分由固定刻度读出，并且注意半毫米刻度线是否露出．六、误差分析[方法规律]一、游标卡尺，螺旋测微器的使用和读数1．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)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，其读数见下表：刻度格数(分度)刻度总长度每小格与1mm的差值精确度(可准确到)109mm0.1

mm0.1

mm2019

mm0.05

mm0.05

mm5049

mm0.02

mm0.02

mm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．游标卡尺的读数应注意以下几点①看清精确度例如(图甲)2.螺旋测微器(1)构造：如图，S为固定刻度，H为可动刻度．(2)原理：可动刻度H

上的刻度为50

等份，则螺旋测微器的精确度为0.01

mm.(3)读数①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.②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)二、数据处理1.在求R

的平均值时可用两种方法U(1)第一种是用R＝

I

算出各次的数值，再取平均值；(2)第二种是用U－I

图线的斜率求出．2.计算电阻率：将记录的数据R、l、d

的值，代入电阻率S

πd2U计算公式

ρ＝Rl

＝

4lI

.考向一仪器、仪表的使用及读数典例1(1)如图1所示的三把游标卡尺，它们的游标尺的刻度从上至下分别为9

mm长10等分、19

mm长20等分、49mm

长50

等分，它们的读数依次为__________mm

，

mm，

mm.(2)使用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图2所示，则金属丝的直径是

mm.(3)①图3所示的电表使用0.6A量程时，对应刻度盘上每一小格代表

A，图中表针示数是

A；当使用3

A量程时，对应刻度盘上每一小格代表

A，图中表针示数为

A.②图4所示的电表使用较小量程时，每小格表示

V，图中表针的示数为

V．若使用的是较大量程，则这时表盘刻度每小格表示

V，图中表针示数为

V(4)旋钮式电阻箱如图5所示，电流从接线柱A流入，从B流出，则接入电路的电阻为为2

087 Ω，最简单的操作方法是Ω.今欲将接入电路的电阻改．若用两个这样的电阻箱，则可得到的电阻值范围为

．[解析]

(1)最上面图读数：整毫米数是

17，不足

1

毫米数是

7×0.1

mm＝0.7

mm，最后结果是

17

mm＋0.7

mm＝17.7mm.中间图读数：整毫米数是23，不足1

毫米数是17×0.05

mm＝0.85

mm，最后结果是23

mm＋0.85

mm＝23.85

mm.最下面图读数：整毫米数是3，不足1

毫米数是9×0.02

mm＝0.18

mm，最后结果是3

mm＋0.18

mm＝3.18

mm.(2)固定刻度示数为

2.0

mm，不足半毫米的从可动刻度上读，其示数为

15.0，最后的读数：2.0

mm＋15.0×0.01

mm＝2.150

mm.(3)①电流表使用0.6

A

量程时，刻度盘上的每一小格表示0.02

A，表针示数为0.44

A；当使用3

A

量程时，每一小格表示0.1

A，表针示数为2.20

A.②电压表使用3

V

量程时，每小格表示0.1

V，表针示数为1.70

V；使用15

V

量程时，每小格表示0.5

V，表针示数为8.5V.(4)电阻为

1

987

Ω.最简单的操作方法是将“×1

k”旋钮调到2，再将“×100”旋钮调到0.每个电阻箱的最大阳值是9999

Ω，用这样的两个电阻箱串联可得到的最大电阻是2×9

999Ω＝19

998

Ω.故用两个这样的电阻箱，可得到的电阻值范围为0～19

998

Ω.[答案]

(1)17.7

23.85

3.18

(2)2.1500.1

2.20

②0.1

1.70

0.5

8.5①0.02

0.441

987

将“×1

k”旋钮调到2，再将“×100”旋钮调到

0 0～19

998Ω考向二

对实验原理，实验操作的考查典例2 (2014·江苏单科，10)某同学通过实验测量一种合金的电阻率．(1)用螺旋测微器测量合金丝的直径．为防止读数时测微螺杆发生转动，读数前应先旋紧图甲所示的部件

(选填“A”、“B”、“C”或“D”)．从图中的示数可读出合金丝的直径为

mm.(2)如图乙所示是测量合金丝电阻的电路，相关器材的规格已在图中标出．合上开关，将滑动变阻器的滑片移到最左端的过程中，发现电压表和电流表的指针只在图示位置发生很小的变化．由此可以推断：电路中

(选填图中表示接线柱的数字)之间出现了

(选填“短路”或“断路”)．(3)在电路故障被排除后，调节滑动变阻器，读出电压表和电流表的示数分别为2.23V和38mA，由此，该同学算出接入电路部分的合金丝的阻值为58.7Ω.为了更准确地测出合金丝的阻值，在不更换实验器材的条件下，对实验应作怎样的改进？请写出两条建议．[解析]

(1)读数前应先旋紧

B

防止读数时测微螺杆发生转动．螺旋测微器读数＝0＋41.0×0.01

mm＝0.410

mm(2)7、9之间发生断路，则内阻较大的电压表和内阻较小的电流表一起串联于电路中，此时改变阻值较小的滑动变阻器阻值时，对电压表和电流表的示数影响很小，符合题述现象，同时满足两表读数．(3)因为

Rx＝58.7

Ω>

RV·RA＝30

Ω，所以应选用电流表内接法．为了减小偶然误差可测量多组电流和电压值，计算电阻的平均值．或测量多组电流和电压值，用图象法求电阻值．[答案]

(1)B

0.410 (2)7、9

断路

(3)电流表改为内接；测量多组电流和电压值，计算出电阻的平均值．(或测量多组电流和电压值，用图象法求电阻值)考向三

实验仪器的选取与电路的考查典例

3

(2014·山东理综)实验室购买了一捆标称长度为100 m

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1.0

mm2，查得铜的电阻率为1.7×10－8xΩ·m，再利用图甲所示电路测出铜导线的电阻R

，从而确定导线的实际长度．可供使用的器材有：电流表：量程0.6

A，内阻约0.2

Ω；电压表：量程3

V，内阻约9kΩ；滑动变阻器R1：最大阻值5

Ω；滑动变阻器R2：最大阻值20Ω；定值电阻：R0＝3

Ω；电源：电动势6V，内阻可不计；开关、导线若干．回答下列问题：实验中滑动变阻器应选

(填“R1”或“R2”)，闭合开关

S前应将滑片移至

(填“a”或“b”)端．在实物图中，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0.50

A

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)S[解析]

(1)根据

R＝ρl

，可估算待测电阻约

2

Ω，这样

R0＋R

的总电阻约为

5

Ω，滑动变阻器采用限流式接法，阻值约等于待测电阻3～5

倍时，测量较准确，因此滑动变阻器选R2，另外测量前应将滑动变压器调到最大值，以保护电路，因此触头应调到a

端．(2)根据电路图连接实物图．(3)电压表最小刻度是

0.1

V，读数时应估读到

0.01

V，因此读数为2.30

V.0(4)这样测得电阻值为R

＋RU＝

I

＝

0.52.30

Ω＝4.6

Ω，而R0S＝3

Ω，可得测电阻R＝1.6

Ω，根据R＝ρl

，代入数据，可得电阻长度l＝94

m.[答案]

(1)R2

a

(2)见解析图

(3)2.30

V(2.29、2.31

均正确)

(4)94(93、95

均正确)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(一般按滑动变阻器采用限流接法进行估算)．如：用伏安法作出标有“6

V

0.6

W”字样的小灯泡的U－I图象，而实际加在小灯泡两端的电压不能超过6

V.(2)考虑读数误差因素1一般要求各电表的实际读数不小于其量程的3，以减小读数误差．(3)仪器选择的一般步骤①首先选择唯一性的器材；②粗画电路图(暂不接电流表和电压表)；③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．考向四创新实验设计典例4(2013·

广东高考)如图(a)是测量电阻Rx

的原理图．学生电源输出电压可调，电流表量程选0.6

A(内阻不计)，标有长度刻度的均匀电阻丝ab的总长为30.0

cm.根据原理图连接图(b)的实物图．断开S2，合上S1；调节电源输出电压为3.0V时，单位长度电阻丝的电压u＝

V/cm.记录此时电流表A1的示数．保持S1闭合，合上S2；滑动c点改变ac的长度L，同时调节电源输出电压，使电流表A1

的示数与步骤(2)记录的值相同，记录长度L和A2的示数I.测量6组L和I值，测量数据已在图(c)中标出，写出Rx与L、I、u的关系式Rx＝

；根据图(c)用作图法算出Rx＝

Ω.[解析]

本题考查实物连接、实验步骤、实验数据处理，意在考查考生对实验原理的理解及数据处理的能力．断开

S2，合上

S1，电阻丝两端的电压为

3.0

V，则电阻丝单位长度的电30

cm1压为

u＝

3.0

V

＝0.1

V/cm.由于电流表

A

的示数不变，因此

ac段单位长度上的电压不变，Rx

两端的电压为Lu，根据欧姆定x律有R

＝Lu

LI

.u＝RxI，作出图象，如图所示，则根据图象的斜率求得Rx＝6

Ω.[答案](1)如图所示(2)0.1Lu(3)

I

6高考命题常涉及的几种创新角度一、本题创新点分析1．源于教材——本例同样是运用电阻率公式，测出金属的电阻、长度以及直径(横截面积)，来进一步确定金属材料的电阻率，都使用了螺旋测微器测量金属的直径．2．高于教材——本实验与教材原实验有所不同，主要体现在以下几个方面：①原实验测量的是金属丝的电阻率而本实验测量的是圆柱体金属的电阻率；②原实验在测量金属长度时使用直尺，而本实验使用游标卡尺，这样一起考查了游标卡尺的读数问题；③原实验在测量金属电阻时使用的电路原理是伏安法，而本实验题运用了等效替代的方法，考查了等效替代法的实验原理、操作方法及注意事项等．二、本实验还可以从以下方面进行改进创新(一)数据处理

1．如果要测圆桶形薄片的电阻率，实验应如何改进？提示：要测量圆桶形薄片的电阻率，可将圆桶展开，相当于测量薄的长方体的电阻率．2．要想测量液体的电阻率，则该实验如何操作？提示：要测量液体的电阻率，可将液体装入长方体或圆柱体的容器，进行测量．(二)实验原理的创新本实验还可以用什么方法测量金属的电阻值？提示：测景电阻时还可以使用半偏法、多用电表直接测量、电桥法、双电流表法、双电压表法等．(三)实验器材的创新如果没有螺旋测微器而只给直尺，应如何测量电阻丝的直径？提示：可将电阻丝紧密的缠绕在圆柱形铅笔上30～50匝，测量总长度；然后求出直径．频考一

实验仪器的使用和读数1．完成下列读数(1)电流表量程一般有两种——0～0.6A,0～3A；电压表量程一般有两种——0～3

V,0～15

V．如图所示：①接0～3

V量程时读数为

V.②接0～15V量程时读数为

V.③接0～3

A量程时读数为

A.④接0～0.6A量程时读数为

A.(2)a．

mmd．

mmb．

mme．

mmc．

mm②9.4

③0.82

④0.16[答案]

(1)①1.88(2)a.0.483

b．0.532

c．4.078

d．5.665

e．11.142．(2015·海南单科，11)某同学利用游标卡尺和螺旋测微器分别测量一圆柱体工件的直径和高度，测量结果如图(a)和(b)所示．该工件的直径为

cm，高度为

mm.[解析]

游标卡尺读数为

d＝12

mm＋4×

120mm＝12.20mm＝1.220

cm螺旋测微器的读数为

h＝6.5

mm＋36.1×0.01

mm＝6.861mm.[答案]

1.220

6.861频考二

实验仪器，实验电路的选取3．(2016·合肥高三质检)现要测量一待测电阻的阻值，所用器材如下：标准电流表A1(量程250mA，内阻r1＝5Ω)；电流表A2(量程300

mA，内阻r2约为5

Ω)；待测电阻R1(阻值约为100

Ω)；滑动变阻器R2(最大阻值10

Ω)；电源E(电动势约为6V，内阻r约为1Ω)；单刀单掷开关，导线若干．要求方法简捷，并能测量多组数据，画出实验电路原理图，并标明每个器材的代号．[解析]由于A1的内阻已知，可将其当作电压表来用；又给了另一个电流表A2，可把两电流表示数之差当作通过R1的电流，利用欧姆定律测R1的阻值；题目要求测多组数据，滑动变阻器应接成分压式；实验电路图如图所示：[答案]实验电路原理图见解析图4．(2016·福建龙岩3月质检)某同学通过实验测定一根粗细均匀、阻值约为5

Ω合金丝电阻率的实验，①用螺旋测微器测定合金丝直径的结果如图所示，合金丝的直径为

mm.②现有如下器材：A．输出电压可调的学生电源(2

V、4

V、6

V内阻可不计)B．电流表(0～0.6

A，内阻约0～2Ω)C．电压表(0～3

V，内阻约3

kΩ)D．待测电阻RxE．保护电阻R0＝5

Ω

F．滑动变阻器(0～5

Ω，额定电流2

A)G．滑动变阻器(0～20

Ω，额定电流1

A)H．开关和导线若干为了减小测量误差，本实验应选用图中两种电路图中的

(填相应的电路图下的字母A

或B)．③为了提高测量准确度，获取多组数据，因此电源电压应选用

V；滑动变阻器应选用

(选填器材前的字母)．a.0.548～0.552

B．b

c．6

d．G[解析]

被测电阻为小电阻，电流表应选用外接法，电路图选B.电流表为0.6

A，被测电阻为5

Ω，保护电阻为5

Ω，因此电路电源应选6

V．为了多测几组数据，滑动变阻器选G.[答案]

(1)B

(2)cd频考三实验数据处理与误分析5．(2014·四川卷，8)右图是测量阻值约几十欧的未知电阻

Rx

的原理图，图中R0

是保护电阻(10Ω)，R1

是电阻箱(0～99.9

Ω)，R

是滑动变阻器，A1

和A2

是电流表，E

是电源(电动势10V，内阻很小)．在保证安全和满足要求的情况下，使测量范围尽可能大．实验具体步骤如下：连接好电路，将滑动变阻器R

调到最大；闭合S，从最大值开始调节电阻箱R1，先调R1

为适当值，再调节滑动变阻器R，使A1

示数I1＝0.15

A，记下此时电阻箱的阻值R1

和R2

的示数I2；重复步骤(ⅱ)，再测量6

组R1

和I2

的值；

(ⅳ)将实验测得的7

组数据在坐标纸上描点．根据实验回答以下问题：现有四只供选用