（江苏专用版）2020版高考物理总复习 第七章 实验六 决定导线电阻的因素课件

实验六决定导线电阻的因素一、实验目的基础过关1.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。2.掌握螺旋测微器和游标卡尺的原理及读数方法。3.会用伏安法测电阻,进一步测定金属的电阻率。二、实验原理1.用伏安法测出金属导线的电阻,实验电路如图(甲或乙)。2.由电阻定律R=①ρ ,得ρ=②R 。三、实验器材被测金属丝、③螺旋测微器、毫米刻度尺、电池组、电流表、电压表、滑动变阻器、开关、导线若干。lSSl四、实验步骤1.直径测定:用螺旋测微器在被测金属导线上的三个④不同位置各测一次直径,求出其平均值d,计算出导线的横截面积S= 。24d2.电路连接:按实验原理电路图甲或乙连接好电路。3.长度测量:用⑤毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属导线的⑥有效长度,反复测量3次,求出其平均值l。4.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⑦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。5.拆去实验线路,整理好实验器材。五、数据处理1.在求Rx的平均值时可用两种方法(1)用Rx=⑧ 分别算出各次的数值,再取平均值。(2)用U-I图线的⑨斜率求出。UI2.计算电阻率将记录的数据Rx、l、d的值代入电阻率计算式ρ=Rx =⑩ 。Sl24dUlI六、误差分析1.金属丝的横截面积是利用直径计算而得,直径的测量是产生误差的主要来源之一。2.采用伏安法测量金属丝的电阻时,由于采用的是电流表外接法,测量值 小于真实值,使电阻率的测量值 偏小。3.金属丝的长度测量、电流表和电压表的读数等会带来偶然误差。4.由于金属丝通电后发热升温,会使金属丝的电阻率变 大,造成测量误差。七、注意事项1.被测金属导线的电阻值较小,实验电路一般采用电流表 外接法。2.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,即电压表两端点间的待测导线长度,测量时应将导线拉直,反复测量三次,求其平均值。3.测金属导线直径一定要选三个不同部位进行测量,求其平均值。4.闭合开关S之前,一定要使滑动变阻器的滑片处在有效电阻值 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。八、测量电路1.两种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=Ux+UA电压表分流I测=Ix+IV电阻测量值R测= =Rx+RARx,测量值大于真实值R测= = Rx,测量值小于真实值UI测测UI测测xxRRRRVV2.两种接法的选择(1)阻值比较法:先将待测电阻的估计值与电压表、电流表内阻进行比较,若Rx较小,宜采用电流表外接法;若Rx较大,宜采用电流表内接法。简单概括为“大内偏大,小外偏小”。(2)临界值计算法①Rx 时,用电流表外接法。②Rx 时,用电流表内接法。(3)实验试探法:按如图所示接好电路,让电压表一根接线柱P先后与a、bVARRVARR处接触一下,如果电压表的示数有较大的变化,而电流表的示数变化不大,则可采用电流表外接法;如果电流表的示数有较大的变化,而电压表的示数变化不大,则可采用电流表内接法。九、控制电路1.两种接法的比较限流接法分压接法两种接法电路图  负载R上电压调节范围 ≤U≤E0≤U≤E负载R上电流调节范围 ≤I≤ 0≤I≤ 闭合S前触头位置b端a端0RERR0ERRERER2.两种接法的选择①要求待测电阻两端的电压从零开始变化,或精确性要求较高时采用分压接法②滑动变阻器的最大阻值远小于待测电阻或串联的其他电阻的阻值时③题设条件中所提供的电表量程或电阻的最大允许电流不够时①待测电阻接近或略小于滑动变阻器的最大阻值时采用限流接法②电源的放电电流或滑动变阻器的额定电流太小,不能满足分压接法的要求时③没有很高的精确性要求,考虑安装简捷和节能因素时考点一实验原理与实验操作考点二实验数据处理与误差分析考点突破考点三实验的拓展与创新考点一实验原理与实验操作例1在“测定金属的电阻率”的实验中,被测金属丝的电阻大约为6Ω,先用刻度尺测出金属丝的长度l以及金属丝的直径d,接着用伏安法测出金属丝两端的电压U和通过金属丝的电流I,计算出它的电阻,再根据电阻公式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,除被测的金属丝外,还有如下供选择的实验器材:直流电源E:电动势约为4.5V,内阻很小;电流表A1:量程0~0.6A,内阻为0.125Ω;电流表A2:量程0~3A,内阻为0.025Ω;电压表V1:量程0~3V,内阻为3kΩ;电压表V2:量程0~15V,内阻为15kΩ;滑动变阻器R1:最大阻值10Ω,允许通过的最大电流为0.2A;滑动变阻器R2:最大阻值20Ω,允许通过的最大电流为1.0A;开关,导线若干。要求有较高的测量精度,并能测得多组数据。(1)在可供选择的器材中,应该选用的电流表是,应该选用的电压表是,应该选用的滑动变阻器是(填器材符号)。(2)根据所选的器材,在如图所示虚线框中画出实验电路图。(3)用测得的物理量表示电阻率的表达式为ρ=(用字母表示)。答案(1)A1V1R2(2)见解析图(3) 24UdIl解析(1)电源电动势约为4.5V,被测金属丝电阻约为6Ω,干路中的最大电流约为0.75A,故电流表选A1,电压表选V1,滑动变阻器R1的最大允许电流0.2A太小,影响测量的范围,所以滑动变阻器选R2。(2)待测金属丝电阻较小,电流表应采用外接法,要求能测得多组数据,故滑动变阻器应采用分压接法,电路图如图所示。(3)由R= 及R=ρ ,又S=π = ,得ρ= = = 。UIlS22d24dRSl24UdIl24UdIl考点二实验数据处理与误差分析两种常见长度测量类仪器的使用及读数方法 d=主尺读数(mm)+精度×游标尺上对齐刻线数值(mm),不估读。10分度游标,精度0.1mm;20分度游标,精度0.05mm;50分度游标,精度0.02mm 测量值=固定刻度+可动刻度×0.01mm+估读值。注意要估读到0.001mm例2(2019宿迁期初测试)在“测定金属的电阻率”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50cm。(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甲所示,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(电动势3V,内阻约1Ω)、电流表(内阻约0.1Ω)、电压表(内阻约3kΩ)、滑动变阻器R(0~20Ω,额定电流2A)、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/A0.0200.0600.1600.2200.3400.4600.560由以上实验数据可知,他们测量Rx是采用图中的电路。(选填“乙”或“丙”)(3)图丁是测量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,补充完成图丁中实物间的连线,并使闭合开关的瞬间,电压表或电流表不至于被烧坏。 (4)这个小组的同学在坐标纸上建立U、I坐标系,如图戊所示,图中已标出了与测量数据对应的4个坐标点。请在图戊中标出第2、4、6次测量数据的坐标点,并描绘出U-I图线。由图线得到金属丝的阻值Rx=Ω(保留两位有效数字)。 (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)。A.1×10-2Ω·mB.1×10-3Ω·mC.1×10-6Ω·mD.1×10-8Ω·m(6)任何实验测量都存在误差。本实验所用测量仪器均已校准。下列关于误差的说法中正确的选项是。A.用螺旋测微器测量金属丝直径时,由于读数引起的误差属于系统误差B.由于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的内阻计算在内,可以消除由测量仪表引起的系统误差D.用U-I图像处理数据求金属丝电阻可以减小偶然误差答案(1)0.398(0.395~0.399均可)(2)乙(3)如左下图所示(4)如右上图所示4.5(4.3~4.7均可)(5)C(6)CD解析(1)螺旋测微器的读数为0mm+39.8×0.01mm=0.398mm。(2)通过给定的数据发现电压从接近0开始变化,故滑动变阻器采用的是分压式接法。(3)对滑动变阻器的分压式接法,连线时应使测量电路在开始时分到的电压为0。(4)图线应过原点,且使大多数点在一条直线上,不在直线上的点均匀分布在直线两侧。图线的斜率反映了金属丝的电阻,所以Rx≈4.5Ω。(5)由R=ρ ,S=π ,取d=4×10-4m、l=0.5m、R=4.5Ω,解出ρ≈1×10-6Ω·lS22dm。(6)由于读数引起的误差属于偶然误差,选项A错误;由于电流表、电压表内阻引起的误差为系统误差,若将电流表和电压表的内阻计算在内,则可以消除系统误差,选项B错误,C正确;利用U-I图像处理数据,相当于多次测量取平均值,可以减小偶然误差,选项D正确。考点三实验的拓展与创新实验原理的拓展根据R=ρ ,实验不仅能测量电阻率,还可测量导线长度、横截面积、直径、厚度等,测电阻时除了伏安法还有其他多种方法实验器材的替代被测量物多样化,可以是金属丝、圆柱体、圆桶、电解液等。电压表可用电流计和定值电阻串联代替。测量阻值很小的电阻时可以将该电阻与定值电阻串联数据处理的创新测量电阻时除了用公式计算法还经常用图像法LS例3(2018镇江一模)小华利用图1电路测量某种导电液体的电阻率,玻璃管的横截面积S=2×10-3m2,通过K可以控制管内导电液体的长度,管两端接有导电活塞(电阻不计),右活塞固定,左活塞可在管内自由移动。实验器材如下:电源(电动势为12V,内阻不计),两只相同的电压表V1、V2(量程为3V,内阻足够大),电阻R1=400Ω,电阻R2=1500Ω,电阻箱R(0~9999.9Ω),单刀双掷开关S,刻度尺。(1)小华的主要实验步骤如下:①向玻璃管内注入导电液体,用刻度尺测量液柱长度如图2所示,其长度L=cm;②连接好电路,把S拨到位置“1”,电压表V1的示数如图3所示,示数为U1=V;③将S拨到位置“2”,调节电阻箱使电压表V2的示数仍为U1,此时电阻箱的阻值R=300Ω;④求得管内液柱的电阻Rx=Ω,导电液体的电阻率ρ=Ω·m。(保留两位有效数字)(2)请指出小华实验的不足之处。(3)在实验步骤③中,若在小华调节电阻箱的过程中,无意中由于K未关紧而漏掉了少量的液体,则小华测得的电阻率ρ的值将(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。(4)小清同学仍利用该装置进行实验,他通过K调节管内液柱长度,记录多组数据如表所示,绘制出R- 关系图像后也可求出液体的电阻率ρ。请你在图4中绘制出此图像。1L物理量次数R/102Ω /m-110.61.021.22.031.83.042.44.053.05.01L 答案(1)①19.95(在19.93~19.96之间均可)(2)②2.0④200020(2)未多次测量取平均值(3)不变(4)如图所示解析(1)①液柱长度:19.95cm;②电压表V1的示数为U1=2.0V。④根据闭合电路的欧姆定律得E=U1+ Rx,E=U1+ R2,联立解得Rx= R1=2000Ω。Rx=ρ ,代入数据解得ρ=20Ω·m。(2)小华实验的不足之处:未多次测量取平均值。(3)在实验步骤③中,若在小华调节电阻箱的过程中,无意中由于K未关紧而漏掉了少量的液体,由上面解析看到,Rx不变,所以ρ不变。11UR1UR2RRlS(4)图像见答案方法拓展几种测量电阻的方法:名称电路测量原理等效替代法 电源输出电压不变,将S拨到2,调节R1,使电表的示数与S拨到1时的示数相等,则Rx=R1活用电表法串联分压法  内阻已知时,RV1= RV2并联分流法  内阻已知时,RA1