（新课标）2020年高考物理一轮总复习 实验八 测定金属的电阻率（同时练习使用螺旋测微器）课件

实验探究课实验八测定金属的电阻率(同时练习使用螺旋测微器)实验解读·核心探究实验热点·各个击破栏目导航随堂练·知能提升[实验目的]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．[实验原理]由电阻定律R＝ρlS得ρ＝RSl.金属导线的电阻R用伏安法测量，金属导线的长度l用毫米刻度尺测量，金属导线的横截面积S可由其直径d算出，即S＝π(d2)2，直径d可由螺旋测微器测出．[实验器材]被测金属丝、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．[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＝πd24.2.电路连接：按如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．长度测量：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．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．[数据处理]1．在求R的平均值时可用两种方法(1)用R＝UI分别算出各次的数值，再取平均值．(2)用U－I图线的斜率求出．2．计算电阻率将记录的数据R、l、d的值代入电阻率计算式ρ＝RSl＝πd2U4lI.[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．[注意事项]1．本实验中被测金属导线的电阻值较小，因此实验电路一般采用电流表外接法．2．实验连线时，应先从电源的正极出发，依次将电源、开关、电流表、待测金属导线、滑动变阻器连成主干线路(闭合电路)，然后再把电压表并联在待测金属导线的两端．3．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．4．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．5．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．6．在用伏安法测电阻时，通过待测导线的电流强度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．7．求R的平均值时可用两种方法：第一种是用R＝UI算出各次的测量值，再取平均值；第二种是用图象(U－I图线)来求出．若采用图象法，在描点时，要尽量使各点间的距离拉大一些，连线时要尽可能地让各点均匀分布在直线的两侧，个别明显偏离较远的点可以不予考虑．[实验改进]替代法测电阻1．实验原理：用电阻箱替代待测电阻，按如图所示连接好电路，调节电阻箱，使两次电流表示数相等，则电阻箱的示数就等于待测电阻的阻值．2．本方案的优缺点(1)优点：电路结构简单，调节方便，便于读数，同时可以避免因电表的内阻产生的系统误差．(2)缺点：由于电阻箱不能连续调节，从而导致测量值与真实值之间存在误差．热点一器材的选取和电路的设计[典例1]某同学对电阻丝的电阻与哪些因素有关进行了实验探究，现有如下器材：电源E(电动势为4V，内阻约为1Ω)；电流表A1(量程5mA，内阻约为10Ω)；电流表A2(量程0.6A，内阻约为1Ω)；电压表V1(量程3V，内阻约为1kΩ)；电压表V2(量程15V，内阻约为3kΩ)；滑动变阻器R1(阻值0～2Ω)；滑动变阻器R2(阻值0～20Ω)；开关及导线若干．他对电阻丝做了有关测量，数据如下表所示：编号金属线直径D/mm金属丝直径的二次方D2/mm2金属丝长度L/cm电阻R/Ω10.2800.0784100.0016.3020.2800.078450.008.1630.5600.3136100.004.07(1)他在某次测量中，用螺旋测微器测金属丝直径，示数如图甲所示，此示数为____mm.(2)图乙是他测量编号为2的电阻丝电阻的备选原理图，则该同学应选择电路(填“A”或“B”)进行测量．电流表应选，电压表应选，滑动变阻器应选．(3)已知电阻丝的电阻率为ρ，请你认真分析表中数据，写出电阻R与L、D间的关系式R＝.解析：(1)螺旋测微器读数为D＝0.5mm＋1.0×0.01mm＝0.510mm.(2)因电阻丝电阻远小于电压表内阻，故电流表应用外接法，故选A.电路中的最大电流Im＝ER＝48.16A≈0.5A，电流表选A2，电源电压为4V，则电压表选V1，滑动变阻器选择比被测电阻大2～5倍的，故选R2.(3)由电阻定律R＝ρLS及S＝π(D2)2得R＝4ρLπD2.答案：(1)0.510(2)AA2V1R2(3)4ρLπD21．(1)某实验小组在“测定金属电阻率”的实验过程中，正确操作获得金属丝直径以及电流表、电压表的读数如图甲所示，则金属丝的直径的读数是mm.(2)已知实验中所用的滑动变阻器阻值范围为0～10Ω，电流表内阻约几欧，电压表内阻约20kΩ.电源为干电池(不宜在长时间、大功率状况下使用)，电动势E＝4.5V，内阻很小．则图乙电路图中(填电路图下方的字母代号)电路为本次实验应当采用的最佳电路．但用此最佳电路测量的结果仍然会比真实值偏(填“大”或“小”)．(3)若实验所用的电流表内阻的准确值RA是已知的，那么准确测量金属丝电阻Rx的最佳电路应是图乙中的电路(填电路图下的字母代号)．此时测得电流为I、电压为U，则金属丝电阻Rx＝(用题中字母代号表示)．解析：(1)螺旋测微器先读固定部分为0.5mm，可动部分可估读为38.0×0.01mm＝0.380mm，故总示数为：(0.5＋0.380)mm＝0.880mm；电流表量程为0.6A，则最小刻度为0.02，指针所示为0.42A；电压表量程为3V，最小刻度为0.1V，则读数为2.25V.(2)因电源不能在大功率下长时间运行，则本实验应采用限流接法；同时电压表内阻较大，由以上读数可知，待测电阻的内阻约为5Ω，故采用电流表外接法误差较小，故选A；在实验中电压表示数准确，但电流测量的是干路电流，故电流表示数偏大，则由欧姆定律得出的结果偏小．(3)因已知电流表准确值，则可以利用电流表内接法准确求出待测电阻；故应选B电路；待测电阻及电流表总电阻R＝UI，则待测电阻Rx＝R－RA＝UI－RA.答案：(1)0.880(2)A小(3)BUI－RA热点二数据处理及实物连线[典例2]某同学通过实验测量一种合金的电阻率．(1)用螺旋测微器测量合金丝的直径，读数如图所示，可读出合金丝的直径为mm.(2)现有电源(E＝4V，内阻可不计)，滑动变阻器(0～50Ω)，电流表(0～0.6A，内阻约为1Ω)，电压表(0～3V，内阻约为3kΩ)，开关和导线若干．该同学分别用电流表的两种不同接法测量合金丝的电阻，记录两组不同的数据如下：实验一序号123456电压U/V0.801.201.602.202.502.80电流I/A0.100.150.200.270.310.35实验二序号123456电压U/V0.801.201.602.202.502.80电流I/A0.090.130.180.240.280.31①由数据可知，该同学采用滑动变阻器的接法(填“限流式”或“分压式”)；②由数据可知，利用(填“实验一”或“实验二”)的数据计算所得结果更接近合金丝电阻的真实值．解析：(1)由图示螺旋测微器可知，其示数为：6.0mm＋49.5×0.01mm＝6.495mm；(2)①由表中实验数据可知，电压与电流不从零开始变化，滑动变阻器采用的是限流接法；②由表中实验数据可知，待测电阻阻值约为：Rx＝UI≈0.80.1Ω＝8Ω，电流表内阻约为1Ω，电压表内阻约为3kΩ，因Rx＜RA·RV，则电流表采用外接法时实验误差较小；当电流表采用外接法时，由于电压表的分流作用，电流的测量值偏大，由表中实验数据可知，在电压相等的情况下，实验一的电流大于实验二的电流值，说明实验一中电流表采用外接法，因此用实验一所示数据测量值更接近真实值．答案：(1)6.495(6.494～6.496均可)(2)①限流式②实验一2．测定一卷阻值约为30Ω的金属漆包线的长度，实验室提供下列器材：A．电流表A：量程0.6A，内阻RA约为20ΩB．电压表V：量程15V，内阻RV约为4kΩC．学生电源E：可提供0～30V直流电压D．滑动变阻器R1：阻值范围0～10ΩE．滑动变阻器R2：阻值范围0～500ΩF．开关S及导线若干(1)为了较准确地测量该漆包线的电阻，滑动变阻器应选择(填“R1”或“R2”)，并将方框中的电路图补画完整．(2)根据正确的电路图进行测量，某次实验中电压表与电流表的示数如图，则电压表的示数U为V，电流表的示数I为A.(3)已知这种漆包线金属丝的直径为d，材料的电阻率为ρ，则这一卷漆包线的长度L＝(用U、I、d、表示)．解析：(1)题目中给出的电源电压为30V，而给出的电压表量程为15V，为了便于控制，采用滑动变阻器分压接法，故滑动变阻器选小电阻R1.(2)电压表量程为15V，故最小分度为0.5V，故读数为13.5V，电流表量程为0.6A，最小分度为0.02A，则指针示数为0.46A；(3)因由电阻定律可知RL＝UI＝ρLS＝ρLπd22，漆包线的长度L＝πd2U4ρI.答案：(1)R1图见解析(2)13.50.46(3)πd2U4ρI热点三实验的拓展与创新(电阻的测量方法)方法1伏安法测电阻伏安法测电阻是电学实验的基础，是高考考查的热点，也是难点．它渗透在电学实验的各个环节中，如测未知电阻、测电阻率、测各种电表内阻等．本质上都是伏安法测电阻在不同情景下的具体应用．主要涉及电压表、电流表的选择以及实物连线等．[典例3]在伏安法测电阻的实验中，实验室备有下列器材：A．待测电阻Rx阻值约为10Ω左右B．电压表V1，量程6V，内阻约2kΩC．电压表V2，量程15V，内阻约10kΩD．电流表A1，量程0.6A，内阻约0.2ΩE．电流表A2，量程3A，内阻约0.02ΩF．电源，电动势E＝12VG．滑动变阻器1，最大阻值10Ω，最大电流为2AH．滑动变阻器2，最大阻值50Ω，最大电流为0.2AI．导线、开关若干(1)为了较精确测量电阻阻值，尽可能多测几组数据，且两表读数大于量程一半．除A、F、I以外，还要在上述器材中选出该实验所用器材(填器材前面的字母代号)．(2)在虚线框内画出该实验电路图．解析：(1)两表量程大于读数一半，根据题意电压表选B.由欧姆定律知电路电流最大值I＝UR＝610A＝0.6A，故电流表选D，滑动变阻器选阻值较小的G.(2)因待测电阻远小于电压表内阻，电流表应用外接法，又变阻器采用分压式接法，电路如图所示．答案：(1)BDG(2)图见解析方法2伏伏法测电阻(电压表的灵活选用)若电压表内阻已知，则可将其当作电流表、电压表和定值电阻来使用．(1)如图甲所示，两电压表的满偏电流接近时，若已知V1的内阻R1，则可测出V2的内阻R2＝U2U1R1.(2)如图乙所示，两电压表的满偏电流IV1≪IV2时，若已知V1的内阻R1，V1并联一定值电阻R0后，同样可得V2的内阻R2＝U2U1R1＋U1R0.[典例4]用以下器材可测量电阻Rx的阻值．待测电阻Rx，阻值约为600Ω；电源E，电动势约为6.0V，内阻可忽略不计；电压表V1，量程为0～500mV，内阻r1＝1000Ω；电压表V2，量程为0～6V内阻r2约为10kΩ；电流表A，量程为0～0.6A，内阻r3约为1Ω；定值电阻R0，R0＝60Ω；滑动变阻器R，最大阻值为150Ω；单刀单掷开关S一个，导线若干．(