高三物理复习实验八测定金属的电阻率省公开课一等奖新名师获奖

试验八测定金属电阻率1/76【试验目标】1.掌握电流表、电压表和滑动变阻器使用方法。2.掌握螺旋测微器和游标卡尺使用和读数方法。3.会用伏安法测电阻,深入测定金属电阻率。2/76【试验原理】1.螺旋测微器:(1)结构:如图,螺旋测微器测砧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,经过精密螺纹套在B上。3/76(2)原理:可动刻度E上刻度为50等份,则螺旋测微器准确度为0.01mm。(3)读数。①测量时被测物体长度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)。4/76③如图所表示,固定刻度示数为2.0mm,而从可动刻度上读示数为15.0,最终读数为2.0mm+15.0×0.01mm=2.150mm。5/762.游标卡尺:(1)结构: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(如图所表示)。6/76(2)用途:测量厚度、长度、深度、内径、外径。(3)原理:利用主尺最小分度与游标尺最小分度差值制成。不论游标尺上有多少个小等分刻度,它刻度部分总长度比主尺上一样多小等分刻度总长度少1mm。常见游标卡尺游标尺上小等分刻度有10格、20格、50格,其准确度见下表:7/76刻度格数(分度)刻度总长度每小格与1mm差值准确度(可准确到)109mm0.1mm0.1mm2019mm0.05mm0.05mm5049mm0.02mm0.02mm8/76(4)读数:若用x表示从主尺上读出整毫米数,K表示从游标尺上读出与主尺上某一刻线对齐游标格数,则统计结果表示为(x+K×准确度)mm。需要注意是,不论是哪种卡尺,K值均不需要估读。(5)如图所表示,有一游标卡尺,主尺最小分度是1mm,游标上有20个小等分刻度。用它测量一工件长度,图示读数为104mm+0.05×0mm=104.00mm。9/7610/763.伏安法测电阻:电流表内接法和外接法比较。电流表内接法电流表外接法电路图

适用条件大电阻(Rx>或RA≪Rx)小电阻(Rx<或RV≫Rx)11/76电流表内接法电流表外接法误差分析因为电流表分压:R测==Rx+RA>Rx测量值大于真实值因为电压表分流:R测=<Rx测量值小于真实值12/764.电阻率测定原理:(1)把金属丝接入电路中,用伏安法测金属丝电阻,Rx=,电路原理如图所表示。13/76(2)用毫米刻度尺测金属丝接入电路部分长度l,用螺旋测微器测得金属丝直径d,算出横截面积S=(3)依据电阻定律R=,得金属丝电阻率ρ=14/76【试验器材】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(50Ω),开关,导线若干,螺旋测微器,毫米刻度尺。15/76【试验过程】1.直径测定:用螺旋测微器(或游标卡尺)在被测金属丝上三个不一样位置各测一次直径,求出其平均值d,计算出金属丝横截面积S=16/762.电路连接:按如图所表示电路原理图连接好用伏安法测电阻试验电路。17/763.长度测量:用毫米刻度尺测量接入电路中被测金属丝有效长度,重复测量3次,求出其平均值l。4.U、I测量:把滑动变阻器滑片调整到使接入电路中电阻值最大位置,电路经检验确认无误后,闭合开关S,改变滑动变阻器滑片位置,读出几组对应电流表和电压表示数I和U值,填入表格中,断开开关S。18/76UI5.拆除试验线路,整理好试验器材。19/76【数据处理】1.求Rx:(1)计算法:用Rx=分别算出各次数值,再取平均值。(2)图象法:画出U-I图象,U-I图象斜率等于Rx。20/762.计算电阻率:将统计数据U、I、l、d值代入电阻率计算式ρ=21/76【误差分析】1.系统误差:(1)采取伏安法测量金属丝电阻时,因为采取是电流表外接法,测量值小于真实值,使电阻率测量值偏小。(2)因为金属丝通电后发烧升温,会使金属丝电阻率变大,造成测量误差。22/762.偶然误差:(1)金属丝横截面积是利用直径计算而得到,直径测量是产生误差主要起源之一。(2)金属丝长度测量、电流表和电压表读数等均会带来偶然误差。23/76【注意事项】1.螺旋测微器使用:(1)测量前应校对零点:使测砧A与测微螺杆P并拢,观察可动刻度零刻线与固定刻度轴向线是否重合,以及可动刻度边缘与固定刻度零刻线是否重合。(2)测量时,当测微螺杆P将要接触被测物体时,要停顿使用旋钮K,改用微调旋钮K′,当听到“咔、咔”声时,停顿转动,以防止P和被测物体间产生过大压力。24/76(3)螺旋测微器应估读一位,即以mm作单位,读到小数点后面第三位。25/762.测定金属电阻率:(1)测量被测金属导线有效长度,即电压表两端点间待测导线长度,测量时应将导线拉直,重复测量三次,求其平均值。(2)闭合开关S之前,一定要使滑动变阻器滑片处于有效阻值最大位置。(3)电流不宜太大(电流表用0～0.6A量程),通电时间不宜太长,以免金属丝温度升高,造成电阻率在试验过程中变大。26/76热点一试验仪器读数和试验原理【典例1】(·鹤壁模拟)在“测定圆柱形材料电阻率”试验中,世纪金榜导学号4272217927/76(1)某同学用螺旋测微器测样品直径时,结果如图所表示,则该样品直径为________mm。(2)给样品通电,用量程为3V电压表和量程为0.6A电流表测样品两端电压和经过样品电流时读数如图所表示,则电流表读数为________A。28/76(3)用米尺测量样品长度L=0.810m。利用以上测量数据,可得这种材料电阻率为________Ω·m(结果保留两位有效数字)。29/76【解析】(1)螺旋测微器读数:2.5mm+43.5×0.01mm=2.935mm。(2)电流表量程为0.6A,每一小格为0.02A,所以电流表读数:0.52A。(3)由R=得:ρ=代入数据得:ρ=4.2×10-5Ω·m。答案:(1)2.935(2)0.52(3)4.2×10-530/76【强化训练】(·孝感模拟)在测量金属丝电阻率试验中,可供选取器材以下:待测金属丝:Rx(阻值约4Ω,额定电压约2V);电压表:V(量程3V,内阻约3kΩ);电流表:A1(量程0.6A,内阻约0.2Ω);A2(量程3A,内阻约0.05Ω);31/76电源:E1(电动势3V,内阻不计);E2(电动势12V,内阻不计);滑动变阻器:R1(最大阻值约20Ω);R2(最大阻值约1kΩ);螺旋测微器、毫米刻度尺、开关、导线。32/76(1)用螺旋测微器测量金属丝直径,示数如图所表示,读数为________mm。(2)为使测量尽可能准确,需要多组测量,电流表应选________、电源应选________、滑动变阻器应选________(均填器材代号),在虚线框中完成电路原理图。33/7634/76【解析】(1)由图可读出螺旋测微器示数为1.5mm+27.3×0.01mm=1.773mm。(2)因为电压表量程为0～3V,待测金属丝两端电压最大为3V,电源选E1。试验中待测电流最大值Im==0.75A,电流表选量程较小A1,测量精度较高。35/76滑动变阻器R2全电阻较大,试验中会使电流过小,应选全电阻较小R1。因为R1全电阻大于待测金属丝电阻,应采取分压式接法。因为电流表电阻小于待测电阻而电压表电阻远大于待测电阻,电流表外接,试验电路如图所表示。答案:(1)1.773(1.771～1.775均正确)(2)A1E1R1电路图看法析图36/76热点二试验数据分析和处理【典例2】试验室购置了一捆标称长度为100m铜导线,某同学想经过试验测定其实际长度。该同学首先测得导线横截面积为1.0mm2,查得铜电阻率为1.7×10-8Ω·m,再利用图甲所表示电路测出铜导线电阻Rx,从而确定导线实际长度。37/7638/76可供使用器材有:电流表:量程0.6A,内阻约0.2Ω;电压表:量程3V,内阻约9kΩ;滑动变阻器R1:最大阻值5Ω;滑动变阻器R2:最大阻值20Ω;定值电阻:R0=3Ω电源:电动势6V,内阻可不计;开关、导线若干。39/76回答以下问题:世纪金榜导学号42722180(1)试验中滑动变阻器应选________(选填“R1”或“R2”),闭合开关S前应将滑片移至________(选填“a”或“b”)端。(2)在实物图丙中,已正确连接了部分导线,请依据图甲电路完成剩下部分连接。40/7641/76(3)调整滑动变阻器,当电流表读数为0.50A时,电压表示数如图乙所表示,读数为__________V。(4)导线实际长度为________m(保留2位有效数字)。42/76【解析】(1)被测电阻阻值约为Rx==1.7×10-8×Ω=1.7Ω,而电路中最大电流为Im=0.6A,所以电路中总电阻最小值为R=Ω=10Ω,则滑动变阻器阻值最小为R动=R-Rx-R0=5.3Ω,故滑动变阻器应选择R2;在电路中滑动变阻器为限流接法,闭合开关之前,其阻值应置于最大值处,即a处。43/76(2)电路连接如图所表示44/76(3)电压表读数为2.30V。(4)被测电阻测量值为Rx=-R0,Rx=,代入数据,解得导线实际长度为l=94m。答案:(1)R2a(2)看法析(3)2.30(4)9445/76【强化训练】(·武汉模拟)某学习小组用伏安法测量一未知电阻Rx阻值,给定器材及规格为:电流表A(量程为0～5mA,内阻约为10Ω);电压表V(量程为0～3V,内阻约为3kΩ);最大阻值约为100Ω滑动变阻器;电源E(电动势约3V);开关S、导线若干。46/76(1)因为不知道未知电阻阻值范围,先采取如图甲所表示电路试测,读得电压表示数大约为2.5V,电流表示数大约为5mA,则未知电阻阻值Rx大约为________Ω。47/76(2)经分析,该电路测量误差较大,需改进。请直接在图甲上改画:①在不需要连线上画“×”表示,②补画上需要添加连线。(3)对改进电路进行测量,并依据测量数据画出了如图乙所表示U-I图象,得Rx=________Ω(保留三位有效数字)。48/76【解析】(1)依据用图甲测量数据和欧姆定律可得Rx==500Ω。(2)待测电阻Rx约为500Ω,而电压表内阻约为3kΩ,是待测电阻6倍左右,电流表内阻约为10Ω,待测电阻是电流表内阻50倍左右,所以用电流表外接法电压表分流作用比较大,应改为电流表内接法。49/7650/76(3)待测电阻Rx大小就等于图乙中图线斜率,即Rx==500Ω。答案:(1)500(2)看法析图(3)50051/76热点三试验拓展与创新【典例3】(·福州模拟)国家标准(GB/T)要求自来水在15℃时电阻率应大于13Ω·m。某同学利用图甲电路测量15℃自来水电阻率,其中内径均匀圆柱形玻璃管侧壁连接一细管,细管上加有阀门K以控制管内自来水52/76水量,玻璃管两端接有导电活塞(活塞电阻可忽略),右活塞固定,左活塞可自由移动。试验器材还有:电源(电动势约为3V,内阻可忽略),电压表V1(量程为3V,内阻很大),电压表V2(量程为3V,内阻很大),定值电阻R1(阻值4kΩ),定值电阻R2(阻值2kΩ),电阻箱R(最大阻值9999Ω),单刀双掷开关S,导线若干,游标卡尺,刻度尺。53/7654/76试验步骤以下:A.用游标卡尺测量玻璃管内径d;B.向玻璃管内注满自来水,并用刻度尺测量水柱长度L;C.把S拨到1位置,统计电压表V1示数;D.把S拨到2位置,调整电阻箱阻值,使电压表V2示数与电压表V1示数相同,统计电阻箱阻值R;55/76E.改变玻璃管内水柱长度,重复试验步骤C、D,统计每一次水柱长度L和电阻箱阻值R;F.断开S,整理好器材。世纪金榜导学号42722181(1)测玻璃管内径d时游标卡尺示数如图乙,则d=________mm。56/76(2)玻璃管内水柱电阻Rx表示式为Rx=________(用R1、R2、R表示)。(3)利用统计多组水柱长度L和对应电阻箱阻值R数据,绘制出如图丙所表示R-关系图象。自来水电阻率ρ=__________Ω·m(保留两位有效数字)。57/76【解析】(1)依据游标卡尺读数规则,玻璃管内径d=30mm+0×0.05mm=30.00mm。(2)把S拨到1位置,统计电压表V1示数,得到经过水柱电流I1=。由闭合电路欧姆定律,E=U+Rx;把S拨到2位置,调整电阻箱阻值,使电压表V2示数与电压表V1示数相同,统计电阻箱阻值R,得到该支路电流58/76I2=。由闭合电路欧姆定律,E=U+R2;联立解得:Rx=(3)由电阻定律Rx=,Rx=联立解得:R=R-关系图象斜率k=0.4×103Ω·m,解得:ρ==14Ω·m。答案:(1)30.00(2)(3)1459/76【强化训练】1.某同学用以下器材测量一电阻丝电阻Rx:电源E,适当量程电流表、电压表各一只(电流表有内阻,电压表内阻不是无限大),滑动变阻器R、RP,开关S1、S2,导线若干。他设计如图甲所表示电路测量电阻Rx值,并有效地消除了因电压表和电流表内阻而产生系统误差。60/76试验步骤以下:A.先闭合S1,断开S2,调整R和RP,使电流表和电压表示数合理,记下两表示数为I1、U1;B.闭合S2,调整RP,记下电流表和电压表示数为I2、U2。61/76(1)请你帮他按电路图在实物图乙上连线。(2)指出上述步骤B中错误做法并进行更正:______,写出用测量数据表示被测电阻Rx表示式:_______。62/76【解析】(1)由电路图连接实物图,如图所表示:63/76(2)先闭合S1,断开S2,依据欧姆定律,则有:RP=①再闭合S2,则有:②联立上式,解得:Rx=64/76由以上解析过程可知,①②两式中RP应相等,所以步骤B中应保持RP不变。答案:(1)看法析图(2)应该保持RP不变,测出电流表