2020版高考物理总复习 8 第3讲 实验：测定金属的电阻率课件 新人教版

必考部分第八章恒定电流第3讲实验：测定金属的电阻率基础·全面落实考点·深度研析真题·实战演练基础·全面落实教材回扣基础自测一、实验目的1．掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法。2．掌握螺旋测微器和游标卡尺的使用和读数方法。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．螺旋测微器(1)构造：如图甲，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等分，则螺旋测微器的精确度为mm。0.01(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)③如图乙所示，固定刻度示数为2.0mm，可动刻度上的读数为15.5，最后的读数为：2.0mm＋15.5×0.01mm＝2.155mm。2．游标卡尺(1)构造(如图所示)：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，尺身上还有一个紧固螺钉。(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1mm。常见的游标卡尺的游标尺上小等分刻度有10个的、20个的、50个的，见下表：刻度格数/格刻度总长度每小格与1mm的差值精确度(可准确到)109mm0.1mmmm2019mm0.05mmmm5049mm0.02mmmm0.10.050.02(4)读数：若用x表示由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，则记录结果表达为(x＋K×精确度)mm。3．伏安法测电阻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＝Ux＋UA电压表分流I测＝Ix＋IV电阻测量值R测＝U测I测＝Rx＋RA＞Rx，测量值大于真实值R测＝U测I测＝RxRVRx＋RV＜Rx，测量值小于真实值4.电阻率的测定原理：把金属丝接入如图所示的电路中，用电压表测金属丝两端的电压，用电流表测金属丝的电流，根据Rx＝UI计算金属丝的电阻Rx，然后用毫米刻度尺测量金属丝的有效长度l，用螺旋测微器测量金属丝的直径d，计算出金属丝的横截面积S；根据电阻定律Rx＝，得出计算金属丝电阻率的公式ρ＝RxSl＝。ρlSπd2U4lI三、实验步骤1．用螺旋测微器在被测金属丝的三个不同位置各测一次直径，求出其平均值。2．按图所示的原理电路图连接好用伏安法测电阻的实验电路。3．用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属导线的有效长度，反复测量3次，求出其平均值l。4．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，填入记录表格内，断开开关S，求出导线电阻Rx的平均值。5．整理仪器。四、数据处理1．在求Rx的平均值时可用两种方法(1)第一种是用Rx＝UI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Rx、l、d的值，代入电阻率计算公式ρ＝RxSl＝πd2U4lI。五、误差分析1．金属丝直径、长度的测量带来误差。2．测量电路中电流表及电压表对电阻测量的影响，因为电流表外接，所以R测R真，由R＝ρlS，知ρ测ρ真。3．通电电流过大，时间过长，致使电阻丝发热，电阻率随之变化带来误差。六、注意事项1．为了方便，测量直径应在导线连入电路前进行，为了准确测量金属丝的长度，应该在连入电路之后在拉直的情况下进行。2．本实验中被测金属丝的电阻值较小，故须采用电流表外接法。3．开关S闭合前，滑动变阻器的阻值要调至最大。4．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，导致电阻率在实验过程中变大。(判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。)1．50分度的游标卡尺的精确度为0.01mm。()2．螺旋测微器的固定刻度部分的最小分度为1mm。()3．因金属丝电阻较小，所以用伏安法测电阻时应采用内接法。()4．测量金属丝的电阻时，通过金属丝的电流不能过大，通电时间不能过长。()×√××1．(游标卡尺和螺旋测微器的使用)用螺旋测微器测量一根金属丝的直径，测量结果如图甲，其读数为__________________mm。用游标为50分度的卡尺测量某圆筒的内径，则该游标卡尺的游标尺每一小格的长度为______mm，测量结果如图乙所示，此工件的直径为______cm。1.554(1.553～1.555)0.981.1142．(实验原理)在“测定金属的电阻率”的实验中，由ρ＝πd2U4Il可知，对实验结果的准确性影响最大的是()A．导线直径d的测量B．电压U的测量C．电流I的测量D．导线长度的测量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，但影响最大的是直径d，因为在计算式中取直径的平方。A项正确。答案A3．(实验器材的选择)某同学要测定一个阻值R约为5Ω的电阻，实验室提供的器材如下：A．电压表(量程0～3V，内阻约30kΩ)B．电流表(量程0～0.6A，内阻约1.0Ω)C．滑动变阻器R1(阻值范围0～10Ω，允许最大电流3A)D．滑动变阻器R2(阻值范围0～500Ω，允许最大电流1A)E．电源E(电动势3V，内阻不计)F．开关，导线(1)图中部分电路已连接，请在图中以笔画线代替导线将电压表接入电路中的正确位置。答案(1)如图所示(2)图中滑动变阻器应选用________(填“R1”或“R2”)更合理。(3)闭合开关前，滑动变阻器的滑片P应该置于______(填“A”或“B”)端。R1A考点·深度研析核心考点分层突破考点1测量仪器、仪表的读数考|点|速|通1．游标卡尺的读数＝主尺读数(mm)＋对齐格数×精确度(mm)。2．螺旋测微器读数＝固定刻度部分读数(mm)＋可动刻度部分读数×精确度(mm)。3．0～3V的电压表和0～3A的电流表读数方法相同，此量程下的精确度是0.1V或0.1A，看清楚指针的实际位置，读到小数点后面两位。4．对于0～15V量程的电压表，精确度是0.5V，在读数时只要求读到小数点后面一位，即读到0.1V。5．对于0～0.6A量程的电流表，精确度是0.02A，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0.01A。典|例|微|探【例1】(1)如图甲所示的三把游标卡尺，它们的游标尺从上至下分别为9mm长10等分、19mm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，示数如图乙所示，则金属丝的直径是________mm。甲17.723.853.182.150乙(3)①图丙使用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3A量程时，对应刻度盘中每一小格代表________A，图中表针示数为________A。0.020.440.12.20②图丁使用较小量程时，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。0.11.700.58.5(4)旋钮式电阻箱如图戊所示，电流从接线柱A流入，从B流出，则接入电路的电阻为________Ω。今欲将接入电路的电阻改为2087Ω，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___________。1987将“×1k”旋钮调到2，再将“×100”旋钮调到00～19998Ω解析(1)最上面图读数：整毫米是17，不足1毫米数是7×0.1mm＝0.7mm，最后结果是17mm＋0.7mm＝17.7mm。中间图读数：整毫米是23，不足1毫米数是17×0.05mm＝0.85mm，最后结果是23mm＋0.85mm＝23.85mm。最下面图读数：整毫米是3，不足1毫米数是9×0.02mm＝0.18mm，最后结果是3mm＋0.18mm＝3.18mm。(2)固定刻度示数为2.0mm，不足半毫米的从可动刻度上读，其示数为15.0，最后的读数为2.0mm＋15.0×0.01mm＝2.150mm。(3)①使用0.6A量程时，刻度盘上的每一小格为0.02A，表针示数为0.44A；当使用3A量程时，每一小格为0.1A，表针示数为2.20A。②电压表使用3V量程时，每小格表示0.1V，表针示数为1.70V；使用15V量程时，每小格表示0.5V，表针示数为8.5V。(4)电阻为1987Ω。最简单的操作方法是将“×1k”旋钮调到2，再将“×100”旋钮调到0。每个电阻箱的最大阻值是9999Ω，用这样的两个电阻箱串联可得到的最大电阻是2×9999Ω＝19998Ω。故用两个这样的电阻箱，可得到的电阻值范围为0～19998Ω。题|组|冲|关1．现有一合金制成的圆柱体，为测量该合金的电阻率，现用伏安法测圆柱体两端之间的电阻，用螺旋测微器测量该圆柱体的直径，用游标卡尺测量该圆柱体的长度。螺旋测微器和游标卡尺的示数如图甲和乙所示。(1)由上图读得圆柱体的直径为__________cm，长度为__________cm。(2)若流经圆柱体的电流为I，圆柱体两端之间的电压为U，圆柱体的直径和长度分别为D、L，测得D、L、I、U表示的电阻率的关系式为ρ＝____________。0.1844解析(1)螺旋测微器的读数为1.5mm＋34.4×0.01mm＝1.844mm(1.842～1.846范围内的均可)；游标卡尺的读数为42mm＋8×0.05mm＝42.40mm＝4.240cm。(2)圆柱体的横截面积为S＝πD22，由电阻定律R＝ρLS和欧姆定律R＝UI可知，ρ＝πD2U4IL。4.240πD2U4IL2．某实验探究小组的同学准备测量电炉丝的电阻率，他们首先用螺旋测微器测出一段电炉丝的直径和长度如图甲、乙所示，则该电炉丝的直径为________mm，长度为______mm。该小组同学又从标称为“220V，500W”“220V,300W”“220V，25W”的3个电炉中任选一个，正确使用多用电表欧姆×10挡测量其阻值，结果如图丙所示，则该电炉的阻值是________Ω，标称功率为________W。0.90033.10164300解析由图甲所示螺旋测微器可知，固定刻度示数为0.5mm，可动刻度示数为40.0×0.01mm＝0.400mm，金属丝直径为0.5mm＋0.400mm＝0.900mm；由图乙所示游标卡尺可知，主尺示数为3.3cm＝33mm，游标尺示数为2×0.05mm＝0.10mm，金属丝的长度为33mm＋0.10mm＝33.10mm；由图丙可知，该电炉的阻值是16.4×10＝164Ω，根据P＝U2R得，功率P＝48400164W≈295.1W，故标称功率为300W。考点2仪器的选择和电路设计考|点|速|通1．电路设计的原则(1)正确性：实验所依据的原理应当符合物理学的基本原理。(2)安全性：实验方案的实施要安全可靠，实施过程中不应对仪器及人身造成危害。要注意到各种电表均有量程、电阻均有最大允许电流和最大功率，电源也有最大允许电流，不能烧坏仪器。(3)方便性：实验应当便于操作，便于读数，便于进行数据处理。(4)精确性：在实验方案、仪器、仪表量程的选择上，应使实验误差尽可能小。2．电学实验仪器的选择(1)选择电表：根据不使电表受损和尽量减少误差的原则选择电表。合理选择量程，务必使指针有较大偏转(一般要大于量程的13)，以减少测量误差。(2)选择滑动变阻器：根据电路中可能出现的电压或电流范围选择滑动变阻器，注意流过滑动变阻器的电流不超过它的额定值，在此条件下，为了便于调节，应选阻值小的、