《2017_2018学年高中物理第二章直流电路第5讲学生实验：测定金属的电阻率学案教科版选修3_120.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2017_2018学年高中物理第二章直流电路第5讲学生实验：测定金属的电阻率学案教科版选修3_120.doc（17页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、第5讲 学生实验：测定金属的电阻率目标定位1.进一步掌握电流表、电压表、滑动变阻器和游标卡尺的使用方法.2.掌握螺旋测微器和游标卡尺的原理及读数方法.3.学会利用伏安法测电阻，进一步测出金属丝的电阻率一、实验原理1把金属丝接入电路中，用伏安法测金属丝的电阻R(R)由于金属丝的电阻较小，选择电流表外接法；由于不要求电压必须从0开始调节，所以一般可以选择滑动变阻器限流式接法请在方框内画出实验电路原理图2用毫米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，算出横截面积S(S)3由电阻定律R，得，求出电阻率二、实验器材螺旋测微器、毫米刻度尺、电压表、电流表、定值电阻、开关及导线、被测金属丝
2、、电池、滑动变阻器三、实验过程1实验步骤(1)测直径：用螺旋测微器在被测金属丝上三个不同位置各测一次直径，并记录图1(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：按如图1所示的电路图连接实验电路(4)求电阻：把滑动变阻器的滑动触头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.改变滑动变阻器滑动触头的位置，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2数据处理电阻R的数值可用以下两种方法确定：(1)计算法：利用每次测量的U、I值分别由公式R计算出电阻，再求出电
3、阻的平均值作为测量结果(2)图像法：可建立IU坐标系，将测量的U、I值描点作出图像，利用图像的斜率求出电阻R.3实验注意事项(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)本实验若用限流式接法，在接通电源之前应将滑动变阻器调到阻值最大状态(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测量直径d.(4)电流不宜过大(电流表用00.6 A量程)，通电时间不宜太长，以免电阻率因温度升高而变化四、螺旋测微器和游标卡尺的原理及读数方法1螺旋测微器的原理及读数方法(1)构造：如图2所示，B为固定刻度，E为可动刻度图
4、2(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)2游标卡尺的原理及读数方法(1)构造：主尺、游标尺(主尺和游标尺上各有一个内、外测量爪)、游标卡尺上还有一个深度尺(如图3所示)图3(
5、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.常见的游标尺上小等分刻度有10个、20个、50个的，其规格见下表：刻度格数(分度)刻度总长度1 mm与每小格的差值精确度(可精确到)109 mm0.1 mm0.1 mm2019 mm0.05 mm0.05 mm5049 mm0.02 mm0.02 mm(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度线对齐的游标的格数，则记录结果表示为(xK精确度)mm.例1在“测定金属的
6、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.图4(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4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(3 V)、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1234567U/V0.100.300.701.001.501.702.30I/A0.0200.0600.1600.2200.3400.4600.520由以上实验
7、数据可知，他们测量Rx是采用图5中的_图(选填“甲”或“乙”)图5(3)图6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图6(4)这个小组的同学在坐标纸上建立U、I坐标系，如图7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UI图线由图线得到金属丝的阻值Rx_ (保留两位有效数字)图7(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)A1102 m B1103 mC1106 m D1108 m解
8、析(1)螺旋测微器的读数为0 mm39.80.01 mm0.398 mm.(2)由实验记录的数据可知Rx的阻值大约为5 .由题知RxRV，故电流表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UminU0.6 V，而从实验数据可知Rx两端电压为0.10 V，因此滑动变阻器应采用分压式接法，因此选甲图(3)如图甲所示甲(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，如图乙所示乙图线的斜率反映了金属丝的电阻，因此金属丝的电阻值Rx4.5 .(5)根据R得金属丝的电阻率 m1.1106 m，故选项C正确答案(1)0.398(0.3950.399均正确)(2)甲(3)见解析
9、图甲(4)见解析图乙4.5(4.34.7均正确)(5)C(1)实物连接时，注意导线不能相交叉，并且要注意闭合开关时，分压电路的输出端电压要为零(2)对螺旋测微器进行读数时要注意：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，不能省略在读数时注意半毫米刻度线是否已露出例2利用如图8所示的电路测量某种电阻丝材料的电阻率，所用电阻丝的电阻约为20 .带有刻度尺的木板上有a和b两个接线柱，把电阻丝拉直后固定在接线柱a和b上在电阻丝上夹上一个带有接线柱c的小金属夹，沿电阻丝移动金属夹，可改变其与电阻丝接触点P的位置，从而改变接入电路中电阻丝的长度可供选择的器材还有：电池组E(
10、3.0 V，内阻不计)；电流表A1(量程0100 mA，内阻约5 )；电流表A2(量程00.6 A，内阻约0.2 )；电阻箱R(0999.9 )；开关、导线若干图8实验操作步骤如下：A用螺旋测微器在电阻丝上三个不同的位置分别测量电阻丝的直径；B将选用的实验器材，按照图8连接实验电路；C调节电阻箱使其接入电路中的电阻值较大；D将金属夹夹在电阻丝上某位置，闭合开关，调整电阻箱的阻值，使电流表满偏，然后断开开关记录电阻箱的电阻值R和接入电路的电阻丝长度l；E改变金属夹与电阻丝接触点的位置，闭合开关，调整电阻箱的阻值，使电流表再次满偏重复多次，记录每一次电阻箱的电阻值R和接入电路的电阻丝长度l；F断开
11、开关，整理好器材(1)某次测量电阻丝直径d时，螺旋测微器示数如图9所示，则d_ mm； 图9 图10(2)实验中电流表应选择_(填“A1”或“A2”)；(3)用记录的多组电阻箱的阻值R和对应的接入电路中电阻丝长度l的数据，绘出了如图10所示的Rl关系图线，图线在R轴的截距为R0，在l轴的截距为l0，再结合测出的电阻丝直径d，写出电阻丝的电阻率表达式_(用给定的物理量符号和已知常数表示)(4)本实验中，电流表的内阻对电阻率的测量结果_影响(填“有”或“无”)解析(1)螺旋测微器的读数为：d0.5 mm23.00.01 mm0.730 mm；(2)根据欧姆定律可知，电路中的最大电流为：Imax A
12、0.15 A150 mA，所以电流表应选A1.(3)根据欧姆定律，应有：Ig可得：RRx根据电阻定律应有：Rx联立以上两式可得：Rl根据函数斜率的概念应有：解得：(4)本题中若考虑电流表内阻RA，则有：RlRA，对图像的斜率没有影响，即电流表内阻对电阻率的测量结果无影响答案(1)0.730(2)A1(3)(4)无1某同学在一次“测定金属的电阻率”的实验中，用毫米刻度尺测出接入电路部分的金属丝长度为l0.720 m，用螺旋测微器测出金属丝直径(刻度位置如图11所示)，用伏安法测出金属丝的电阻(阻值约为5 )，然后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，除被测金属丝外，还有如下实验器
13、材：图11A直流电源(输出电压为3 V)B电流表A(量程00.6 A，内阻约0.125 )C电压表V(量程03 V，内阻3 k)D滑动变阻器(最大阻值20 )E开关、导线等(1)从图中读出金属丝的直径为_ mm.(2)根据所提供的器材，在虚线框中画出实验电路图(3)若根据伏安法测出金属丝的阻值为Rx4.0 ，则这种金属材料的电阻率为_ m(计算结果保留两位有效数字)答案(1)0.600(2)如图所示(3)1.6106解析(3)由R得，代入数据解得1.6106 m.2某同学通过实验测定一个阻值约为5 的电阻Rx的阻值(1)现有电源(4V)、滑动变阻器(050 ，额定电流2 A)、开关和导线若干，
14、以及下列电表：A电流表(03 A，内阻约0.025 )B电流表(00.6 A，内阻约0.125 )C电压表(03 V，内阻约3 k)D电压表(015 V，内阻约15 k)为减小测量误差，在实验中，电流表应选用_，电压表应选用_(选填器材前的字母)；实验电路应采用图12中的_(选填“甲”或“乙”)图12(2)图13是测量Rx的实验器材实物图，图中已连接了部分导线请根据在(1)问中所选的电路图，补充完成图中实物间的连线图13(3)接通开关，改变滑动变阻器滑片P的位置，并记录对应的电流表示数I、电压表示数U.某次电表示数如图14所示，可得该电阻的测量值Rx_(保留两位有效数字)图14(4)若在(1)
15、问中选用甲电路，产生误差的主要原因是_；若在(1)问中选用乙电路，产生误差的主要原因是_(选填选项前的字母)A电流表测量值小于流经Rx的电流值B电流表测量值大于流经Rx的电流值C电压表测量值小于Rx两端的电压值D电压表测量值大于Rx两端的电压值答案(1)BC甲(2)见解析图(3)5.2(4)BD解析(1)为了减小测量误差，应使电表读数为量程的，电源电压为4 V，故电压表选C.估算通过Rx的最大电流约为Im A0.6 A，所以电流表应选B.因为，所以电流表应外接，即应采用甲电路，测量误差较小(2)如图所示(3)电流表、电压表的读数分别为I0.50 A，U2.60 V，所以Rx 5.2 .(4)甲
16、电路中产生误差的主要原因是电压表的分流作用，电流表测量的电流大于通过被测电阻Rx的电流，选项B正确乙电路中产生误差的主要原因是电流表的分压作用，使电压表测量的电压大于被测电阻Rx两端的电压，故选项D正确.1(多选)在“测定金属的电阻率”的实验中，以下操作中错误的是()A用毫米刻度尺测量金属丝的全长，且测量三次，算出其平均值，然后再将金属丝接入电路中B用螺旋测微器在金属丝三个不同部位各测量一次直径，算出其平均值C用伏安法测电阻时，采用电流表内接法，多次测量后算出平均值D实验中应保持金属丝的温度不变答案AC解析实验中应测量出金属丝接入电路中的有效长度，而不是全长；金属丝的电阻很小，与电压表内阻相差
17、很大，使金属丝与电压表并联，电压表对它的分流作用很小，应采用电流表外接法故A、C操作错误2在“测定金属的电阻率”的实验中，由可知，对实验结果的准确性影响最大的是()A金属丝直径d的测量 B电压U的测量C电流I的测量 D金属丝长度l的测量答案A解析四个选项中的四个物理量对金属丝的电阻率均有影响，但影响最大的是金属丝直径d的测量，因为在计算式中取直径的二次方3在测定阻值较小的金属的电阻率的实验中，为了减小实验误差，并要求在实验中获得较大的电压调节范围，在测量其电阻时应选择的电路是()答案D解析金属的阻值较小，在用伏安法测电阻时应该用电流表外接法，题干中要求实验中获得较大的电压调节范围，故滑动变阻器
18、要采用分压式接法，D正确4在测定金属的电阻率的实验中，可供选用的器材如下：待测金属丝：Rx(阻值约4 ，额定电流约0.5 A)；电压表：V(量程3 V，内阻约3 k)；电流表：A1(量程0.6 A，内阻约0.2 )；A2(量程3 A，内阻约0.05 )；电源：E1(电源电压为3 V)；E2(电源电压为12 V)；滑动变阻器：R(最大阻值约20 )；螺旋测微器；毫米刻度尺；开关S；导线图1(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图1所示，读数为_ mm.(2)若滑动变阻器采用限流式接法，为使测量尽量精确，电流表应选_，电源应选_(均填器材代号)，在虚线框中画出电路原理图解析(1)螺旋测微器的读
19、数为：15 mm27.50.01 mm1.775 mm.(2)在用伏安法测电阻的实验中，为使测量尽量精确，则电流表、电压表指针需达到半偏以上，又因待测金属丝的额定电流约0.5 A，所以电流表选A1，电源选E1即可电路原理图如图所示答案(1)1.775(1.7731.777均正确)(2)A1E1电路原理图见解析图5在“测定金属的电阻率”的实验中，待测金属丝的电阻Rx约为5 ，实验室备有下列实验器材：A电压表(量程03 V，内阻约为15 k)B电压表(量程015 V，内阻约为75 k)C电流表(量程03 A，内阻约为0.2 )D电流表(量程00.6 A，内阻约为1 )E滑动变阻器R1(0100 ，
20、0.6 A)F滑动变阻器R2(02 000 ，0.1 A)G电池组E(3 V)H开关S，导线若干(1)为减小实验误差，应选用的实验器材有_(填字母序号)(2)为减小实验误差，应选用图2中_(选填“甲”或“乙”)为该实验的电路原理图，并按所选择的电路原理图把图3中的实物图用线连接起来图2图3(3)若用毫米刻度尺测得金属丝长度为60.00 cm，用螺旋测微器测得金属丝的直径及两电表的示数如图4所示，则金属丝的直径为_ mm，电阻值为_ .图4答案(1)ADEGH(2)乙实物连线图见解析图(3)0.635(0.6330.637)2.4解析(1)由于电源的电压为3 V，所以电压表应选A；被测电阻约为5
21、 ，电路中的最大电流约为I0.6 A，电流表应选D；根据滑动变阻器允许通过的最大电流可知，滑动变阻器应选E；还要选用电池组和开关，导线若干故应选用的实验器材有ADEGH.(2)由于应采用电流表外接法，应选图乙所示电路，实物连接如图所示(3)从螺旋测微器可以读出金属丝的直径为0.635 mm，从电压表可以读出金属丝两端电压为1.20 V，从电流表可以读出流过金属丝的电流为0.50 A，被测金属丝的阻值为Rx 2.4 .6用伏安法测量电阻R的阻值，并求出电阻率.给定电压表(内阻约为50 k)、电流表(内阻约为40 )、滑动变阻器、电源、开关、待测电阻(约为250 )及导线若干(要求测量电流、电压能
22、从0开始调节)(1)在虚线框中画出测量R的电路图图5(2)图5中的6个点表示实验中测得的6组电流I、电压U的值，试写出根据此图求R值的步骤：_.(3)求出的电阻值R_(保留3位有效数字)(4)待测电阻是一均匀材料制成的圆柱体，用50分度的游标卡尺测量其长度与直径，结果分别如图6甲、乙所示由图可知其长度为_，直径为_图6(5)由以上数据可求出_(保留3位有效数字)答案(1)见解析图(2)见解析(3)229 (221237 均正确)(4)0.800 cm0.190 cm(5)8.11102 m解析(1)由于Rx，应采用电流表外接法，要求测量电流、电压从0开始调节，滑动变阻器采用分压式接法如图所示(2)作UI直线，使其过原点，舍去左起第2个点，其余5个点尽量靠近直线且均匀分布在直线两侧；求该直线的斜率k，则Rk.(3)在图像中的直线上取两点，求出斜率kR229 .(4)图甲读数l0.800 cm00.800 cm图乙读数d4.6 cm450.98 mm0.190 cm(5)由R，得 m8.11102 m17