2020高考物理第八章实验八测定金属的电阻率教案鲁科版选修3_120190715241.pdf

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1、实验八 测定金属的电阻率实验八 测定金属的电阻率 一、基本原理与操作 原理电路图操作要领 (1)测量直径：三个不同位置各测一次直径 (2)电路连接：连接好伏安法测电阻的实验电路 (3)测量长度：测金属导线的有效长度 3 次 (4)U、I测量：改变滑动变阻器滑片的位置，读出几组相应 电流表、电压表的示数 二、数据处理 1.求Rx (1)计算法：用Rx 分别算出各次的数值，再取平均值。 U I (2)图象法：画出UI图象，UI图象的斜率等于Rx。 2.计算电阻率：将记录的数据U、I、l、d的值代入电阻率计算式 Rx。 S l d2U 4lI 注意事项 (1)先测直径，再连电路：为了方便，测量直径时

2、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。 误差分析 热点一 测量仪器、仪表的读数 1.游标卡尺 游标卡尺的读数应注意以下几点 (1)第一看看清精确度 刻度格数刻度总每小格与精确度 (分度)长度1 mm 的差值(可精确到) 109 mm0.1 mm0.1 mm 2019 mm0.05 mm0.05 mm 5049 mm0.02 mm0.02 mm 例如(图 1) 图 1 易错成 11 mm40.1 mm11.40 mm 正确的应为 11.

3、4 mm，游标卡尺不需要估读，后面不能随意加零或去零。 (2)第二看游标尺上的 0 刻度线位置，区分零刻度与标尺最前端。例如(图 2) 图 2 易错成 13 mm100.05 mm13.50 mm 正确读数为 14 mm100.05 mm14.50 mm。 (3)第三看主尺上的单位 主尺上标识的 1、2、3 等数字通常是指厘米，读数时应将毫米和厘米分清，游标卡尺主尺上 的最小刻度是 1 mm。例如(图 3) 图 3 易错成 5 mm40.05 mm5.20 mm 正确的应为 50 mm40.05 mm50.20 mm。 2.螺旋测微器的使用 (1)构造：如图 4 所示，B为固定刻度，E为可动刻

4、度。 图 4 (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)。 如图 5 所示， 固定刻度示数为 2.0 mm， 半毫米刻度线未露出， 而从可动刻度上读的示数为 15.0， 最后的读数为：2.0 mm15.00.01 mm2

5、.150 mm。 图 5 3.电压表和电流表 (1)03 V 的电压表和 03 A 的电流表读数方法相同，此量程下的精确度是 0.1 V 或 0.1 A， 看 清楚指针的实际位置，读到小数点后面两位。 (2)对于 015 V 量程的电压表，精确度是 0.5 V，在读数时只要求读到小数点后面一位，即读 到 0.1 V。 (3)对于 00.6 A 量程的电流表，精确度是 0.02 A，在读数时只要求读到小数点后面两位，这 时要求“半格估读” ，即读到最小刻度的一半 0.01 A。 【例1】 (1)如图6所示的三把游标卡尺，它们的游标卡尺从上至下分别为9 mm长10等分、19 mm 长 20 等分、

6、49 mm 长 50 等分，它们的读数依次为_mm，_mm，_mm。 图 6 (2)使用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图 7 所示，则金属丝的直径是_mm。 图 7 (3)图 8 甲使用 0.6 A 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。 图乙使用较小量程时，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。 图 8 (4)旋钮式电阻箱如图 9 所示， 电流从接线柱A流入， 从B流出， 则接入电路的电阻为_。 今欲将接入电路的电阻改

7、为 2 087 ， 最简单的操作方法是_。 若用两个这样的电阻箱， 即可得到的电阻值范围为_。 图 9 解析 (1)图 6 甲读数：整毫米是 17，不足 1 毫米数是 70.1 mm0.7 mm，最后结果是 17 mm0.7 mm17.7 mm。 图 6 乙读数 ： 整毫米是 23，不足 1 毫米数是 170.05 mm0.85 mm，最后结果是 23 mm 0.85 mm23.85 mm。 图 6 丙读数：整毫米是 3，不足 1 毫米数是 90.02 mm0.18 mm，最后结果是 3 mm0.18 mm3.18 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

8、为 15.0，最后的读数 ： 2.0 mm15.00.01 mm2.150 mm。 (3)使用 0.6 A 量程时，刻度盘上的每一小格为 0.02 A，表针示数为 0.44 A；当使用 3 A 量 程时，每一小格为 0.1 A，表针示数为 2.20 A。 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 8.5 V。 (4)电阻为 1 987 。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。 每个电阻箱的最大阻值是 9 999 ，用这样的两个电阻箱串联可得到的最大电阻是 29 9

9、99 19 998 。故用两个这样的电阻箱，可得到的电阻值范围为 019 998 。 答案 (1)17.7 23.85 3.18 (2)2.150 (3)0.02 0.44 0.1 2.20 0.1 1.70 0.5 8.5 (4)1 987 将“1 k”旋钮调到 2，再将“100”旋钮调到 0 019 998 对于基本仪器，正确读数必须做到以下三点 (1)要注意量程。 (2)要弄清所选量程对应的每一大格和每一小格所表示的值。 (3)要掌握基本仪器的读数原则。最小刻度是“1”的仪器，要求读到最小刻度后再往下估读 一位；最小刻度是“2”和“5”的仪器，只要求读到最小刻度所在的这一位，不再往下估读

10、。 热点二 教材原型实验 1.电流表的内接法和外接法的比较 内接法外接法 电路图 误差原因 电流表分压 U测UxUA 电压表分流 I测IxIV 电阻 测量值 R测RxRARx，测量值大于 U测 I测 真实值 R测Rx，测量值小于 U测 I测 RxRV RxRV 真实值 适用条件RARxRVRx 适用于 测量 大阻值电阻小阻值电阻 2.器材的选择方法 (1)电流表和电压表的选择 根据电路中的最大电流(或最大电压)进行选择。 根据用电器的额定电流(或额定电压)进行选择。 根据电源的参数进行选择。 (2)控制电路的选择 ： 当滑动变阻器的最大电阻远小于待测电阻或要求电流从零开始调节时， 变阻器应采用

11、分压式接法；当滑动变阻器的最大电阻和待测电阻接近时，选用限流式接法。 滑动变阻器两种接法的对比 方式 内容 限流接法分压接法对比说明 两种接法电路图串、并联关系不同 负载R上电压调节范围 (电源内阻不计) UE RE RR00UE分压电路调节范围大 命题角度 仪器的选择及电路设计 【例 2】 2018天津卷，9(3)某同学用伏安法测定待测电阻Rx的阻值(约为 10 k)， 除了Rx、开关 S、导线外，还有下列器材供选用： A.电压表(量程 01 V，内阻约 10 k) B.电压表(量程 010 V，内阻约 100 k) C.电流表(量程 01 mA，内阻约 30 ) D.电流表(量程 00.6

12、 A，内阻约 0.05 ) E.电源(电动势 1.5 V，额定电流 0.5 A，内阻不计) F.电源(电动势 12 V，额定电流 2 A，内阻不计) G.滑动变阻器R0(阻值范围 010 ，额定电流 2 A) 为使测量尽量准确，电压表选用_，电流表选用_，电源选用_。(均 填器材的字母代号) 画出测量Rx阻值的实验电路图。 该同学选择器材、连接电路和操作均正确，从实验原理上看，待测电阻测量值会_ 其真实值(填“大于” 、“小于”或“等于”)，原因是_。 解析 若选用电动势为 1.5 V 的电源，则实验中电流最大值仅为 0.15 mA，两个电流表均无法 准确测量，故选用电动势为 12 V 的电源

13、 F；此时，实验中最大电流约为 1.2 mA，故电流表选 用 C；电压表选用 B。由于滑动变阻器的最大阻值远小于待测电阻的阻值，所以滑动变阻器采 用分压式接法 ； 待测电阻的阻值远大于电流表内阻， 所以电流表内接。 由于电流表的分压作用， 电阻测量值偏大，所以电阻测量值大于其真实值。 答案 B C F 大于 电压表的读数大于待测电阻两端实际电压 命题角度 实物图连接及数据处理 【例 3】 (2019四川广元统考)在测定金属电阻率的实验中， 所用金属电阻丝的电阻约为 30 。现通过以下实验测量该电阻丝的电阻率。 (1)用螺旋测微器测出电阻丝的直径为d。 (2)实验中能提供的器材有开关、若干导线及

14、下列器材： 电压表 V1(量程为 03 V，内阻约为 3 k) 电压表 V2(量程为 015 V，内阻约为 15 k) 电流表 A1(量程为 0100 mA，内阻约为 5 ) 电流表 A2(量程为 00.6 A，内阻约为 0.1 ) 滑动变阻器R1(05 ) 滑动变阻器R2(01 k) 电源(电动势为 4.5 V，内阻不计) 为了便于调节电路并能较准确地测出电阻丝的阻值，电流表应选_，滑动变阻器应选 _。 (3)如图 10 甲所示，将电阻丝拉直后，将其两端分别固定在刻度尺两端的接线柱a和b上， 刻度尺的中间有一个可沿电阻丝滑动的触头，触头的另一端为接线柱c，当用手按下触头时， 触头才与电阻丝接

15、触，触头的位置可在刻度尺上读出。实验中改变触头与电阻丝接触的位置 后移动滑动变阻器的滑片，使电流表示数I保持不变，分别测量出多组接入电路中电阻丝的 长度L与对应的电压表的示数U。 请在图甲中完成实验电路的连接， 部分已连好的线不能改动。 (要求：能改变接入电路中的电阻线的长度和能进行多次测量) 图 10 (4)利用测量数据画出UL图线，如图乙所示，其中(L0，U0)是UL图线上的一个点的坐标。 根据UL图线， 用电阻丝的直径d、 电流I和坐标(L0，U0)计算出电阻丝的电阻率_。 解析 (2)由于电源电动势为 4.5 V，所以电压表应选 V1。采用分压式接法，滑动变阻器选R1。 通过调节滑动变

16、阻器能使电阻丝所在支路的电流从零开始变化，电压在 03 V 范围内变化， 由于电表的最佳使用范围为量程的 到 之间，电流表 A2的最佳使用范围为 0.20.4 A，此时 1 3 2 3 金属丝接入电路的阻值范围为 2.510 ；电流表 A1的最佳使用范围约为 3367 mA，此时金 属丝接入电路的阻值范围为1530 ， 故依题意要求电流表应选A1。 (3)由Rx满足RRARV， 可知电流表应采用外接法 ； 为了方便调节滑动变 2x 阻器应采用分压式接法， 故电路图如图所示。 (4)根据欧姆定律应为Rx ， 根据电阻定律公式应有Rx U I L S ，联立得U，故UL图线的斜率k， 解得 L （

17、d 2） 2 4IL d2 U0 L0 4I d2 。 d2U0 4IL0 答案 (1)A1 R1 (3)实验电路图见解析图 (4)d 2U0 4IL0 实物图连接的要点 (1)各导线都应连接在接线柱上。 (2)不应在导线中间出现交叉，导线不能跨过仪器。 (3)连接电表应注意量程选用正确，正、负接线柱不要接错。 (4)开关要控制整个电路。 热点三 实验拓展创新 命题角度 用“替代法”测电阻 1.实验原理(如图 11) 图 11 2.实验步骤 S 先与 2 接，记录的示数，再与 1 接，调R值使示数与原值相等，则RxR。 【例 4】 电流表 A1的量程为 0200 A，内阻约为 500 ，现要准

18、确测量其内阻，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：阻值为 020 电阻箱R2：阻值为 09 999 保护电阻R3：阻值约为 3 k 电源：电动势E约为 1.5 V、内阻r约为 2 (1)如图 12 所示，某同学想用等效法测量电流表内阻，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。 图 12 (2)电路补充完整后，请你完善以下测量电流表 A1内阻的实验步骤。 a.先将滑动变阻器R1的滑片移到使电路安全的位置，再把电阻箱R2的阻值调到_。 (选填“最大”或“最小”) b.闭合开关 S、S1，调节滑动变阻器R1，使两电

19、流表接近满偏，记录电流表 A2的示数I。 c.保持 S 闭合、滑动变阻器R1的滑片位置不变，断开 S1，再闭合 S2，调节R2，使电流表 A2的 示数_，读出此时电阻箱的阻值R0，则电流表 A1内阻r1_。 解析 (1)滑动变阻器的最大阻值远小于待测电流表内阻， 因此必须采用分 压式接法，电路图如图所示。 (2)a.实验前电阻箱R2应该调节到最大，以保证两电表安全；c.让电流表 A2示数不变，可直接从电阻箱R2的读数得到电流表 A1的内阻r1。 答案 (1)如图所示 (2)a.最大 c.再次为I(或仍为I) R0 命题角度 用“半偏法”测电阻 1.利用电流表半偏测的内阻 (1)实验原理(如图

20、13) 图 13 (2)实验步骤 R1调至阻值最大，闭合 S1，调R1的阻值使示数达到满偏值。 保持R1阻值不变，闭合 S2，调R2使示数达到满偏值一半，同时记录R2的值。 Rg 测R2。 2.利用电压表半偏测的内阻 (1)实验原理(如图 14) 图 14 (2)如图 14 所示，测量电压表的内阻，操作步骤如下： 滑动变阻器的滑片滑至最右端，电阻箱的阻值调到最大； 闭合 S1、S2，调节R0，使表示数指到满偏刻度。 断开 S2，保持R0不变，调节R，使表指针指到满刻度的一半； 由上可得RVR。 【例 5】 (2016全国卷，23)某同学利用图 15 所示电路测量量程为 2.5 V 的电压表的

21、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99 999.9 )，滑动变阻器R1(最 大阻值 50 )，滑动变阻器R2(最大阻值 5 k)，直流电源E(电动势 3 V)，开关 1 个，导线若 干。 图 15 实验步骤如下 按电路原理图 15 连接线路； 将电阻箱阻值调节为 0，将滑动变阻器的滑片移到与图 15 中最左端所对应的位置，闭合开 关 S； 调节滑动变阻器，使电压表满偏； 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 2.00 V，记下电阻 箱的阻值。 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 15 所示电

22、路将图 16 中实物图连线。 图 16 (3)实验步骤中记录的电阻箱阻值为 630.0 ， 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_(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.100 A B.250 A C.500 A D.1 mA 解析 (1)本实验测电压表的内阻，实验中电压表示数变化不大，则接入电阻箱后电路的总电 阻变化不大，故需要滑动变阻器的最大阻值较小，故选R1可减小实验误差。 (2)滑动变阻器为分压式，连接实物电路如图所示。 (3)电压表和电阻箱串联，两端电压分别为 2.00

23、 V 和 0.50 V，则RV4R2 520 。 (4)电压表的满偏电流Ig A1 mA，故选项 D 正确。 U RV 2.5 2 520 答案 (1)R1 (2)见解析图 (3)2 520 (4)D 1.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 17(a)和(b)所示。该工件的直径为_cm，高度为_mm。 图 17 解析 游标卡尺读数为d12 mm4 mm12.20 mm1.220 cm 1 20 螺旋测微器的读数为h6.5 mm36.0 0.01 mm6.860 mm 答案 1.220 6.860 2.用伏安法测定一个待测电阻Rx的阻值(阻值约为 200

24、 )，实验室提供如下器材： 电池组E：电动势 3 V，内阻不计； 电流表 A1：量程 015 mA，内阻约为 100 ； 电流表 A2：量程 0300 A，内阻为 1 000 ； 滑动变阻器R1：阻值范围 020 ，额定电流 2 A； 电阻箱R2：阻值范围 09 999 ，额定电流 1 A； 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： (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_，这样可以改装成一个量程为 3.0 V 的电压表。 (2)在图 18 中画完整测量Rx阻值的电路图，并在图中标明器材代号。 图

25、18 (3)调节滑动变阻器R1，两表的示数如图 19 所示，可读出电流表 A1的示数是_mA，电 流表 A2的示数是_A，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”)。 图 19 解析 (1)把 A2和R2串联起来充当电压表，此电压表量程为 3 V，R2RA2 U I2 3 300 106 1 000 9 000 。 (3)由图 19 可知，电流表 A1的示数为 8.0 mA，电流表 A2的示数是 150 A，待测电阻阻值为Rx 187.5 。 150 106 （1 0009 000） 8.0 103 采用电流表外接法测量的电流

26、值偏大，因此测量的电阻偏小。 答案 (1)A2 9 000 (2)电路如图 (3)8.0 150 187.5 偏小 3.(2015全国卷)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(量程 3 V，内阻约为 3 000 )，电阻箱R0(最大阻值为 99 999.9 )，滑动变阻 器R1(最大阻值 100 ，额定电流 2 A)，电源E(电动势 6 V，内阻不计)，开关 2 个，导线若干。 (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。 图 20 (2)根据设计的电路，写出实

27、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_RV(填“”“”或“”)，主要理由是_。 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

28、于电压表的半偏电压，RVRV 答案 (1)见解析图 (2)见解析 (3) 理由见解析 4.(2018全国卷，23)一课外实验小组用如图 21 所示的电路测量某待测电阻Rx的阻值，图 中R0为标准定值电阻(R020.0 )；可视为理想电压表；S1为单刀开关，S2为单刀双掷开 关；E为电源；R为滑动变阻器。采用如下步骤完成实验： (1)按照实验原理线路图(a)，将图(b)中实物连线； 图 21 (2)将滑动变阻器滑动端置于适当的位置，闭合 S1； (3)将开关 S2掷于 1 端，改变滑动变阻器滑动端的位置，记下此时电压表的示数U1；然后 将 S2掷于 2 端，记下此时电压表的示数U2； (4)待测

29、电阻阻值的表达式Rx_(用R0、U1、U2表示)； (5)重复步骤(3)，得到如下数据： 12345 U1/V0.250.300.360.400.44 U2/V0.861.031.221.361.49 U2 U1 3.443.433.393.403.39 (6)利用上述 5 次测量所得的平均值，求得Rx_ 。(保留 1 位小数) U2 U1 解析 开关 S2掷于 1 端，由欧姆定律可得通过Rx的电流I，将开关 S2掷于 2 端，R0和Rx U1 R0 两端电压为U2，Rx两端电压为UU2U1，由欧姆定律可得待测电阻阻值Rx R0 U I U2U1 U1 R0。 5 次测量所得的平均值为 (3.443.433.393.403.39)3.41， 代入得Rx ( U2 U11) U2 U1 1 5 (3.411)20.0 48.2 。 答案 (1)实物连线如图 (4)R0 (6)48.2 ( U2 U11)