黑龙江省齐齐哈尔市高中物理 学生实验：测定金属的电阻率导学案（无答案）新人教版选修3-1（通用）

黑龙江省齐齐哈尔市高中物理 学生实验：测定金属的电阻率导学案（无答案）新人教版选修3-1（通用）

实验：测定金属的电阻率 ‎ 学习 目标 ‎1.理解伏安法测电阻的原理，会讨论伏安法测电阻的误差.‎ ‎2.正确选择安培表内接法和外接法。‎ ‎3.掌握滑线变阻器的使用方法 ‎4.测出金属的电阻率 学习 疑问 学习 建议 ‎【知识点回顾】‎ 电阻定律内容?‎ ‎【实验目的】‎ ‎1．学会用伏安法测电阻；2．测定金属的电阻率。‎ ‎【实验原理】‎ ‎1．原理：根据电阻定律公式，只要测量出金属导线的长度l和它的直径d，计算出导线的横截面积S，并用伏安法测出金属导线的电阻R，即可计算出金属导线的电阻率。‎ ‎2．器材：螺旋测微器；毫米刻度尺；电池组；电流表；电压表；滑动变阻器；电键；被测金属导线；导线若干．‎ ‎3．步骤：（1）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．‎ ‎（2）按图86－1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）把滑动变阻器的滑动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，闭合电键S改变滑动变阻器滑动片的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值，记入记录表格内，断开电键S．求出导线电阻R的平均值．‎ ‎（5）将测得R、l、d的值，代人电阻率计算公式中，计算出金属导线的电阻率．‎ ‎（6）拆去实验线路．整理好实验器材．‎ ‎【注意事项】‎ ‎1．本实验中被测金属导线的电阻值较小，因此实验电路必须采用电流表外接法．‎ ‎2．实验连线时，应先从电源的正极出发，依次将电源、电键、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洲金属导线的两端 ‎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，亦即电压表两并入点间的部分待测导线长度．测量时应将导线拉直．‎ ‎4．闭合电键S之前，一定要使滑动变阻器的滑动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强度正的值不宜过大（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．‎ ‎6．求R的平均值可用两种方法：第一种是用R＝U／I算出各次的测量值，再取平均值；第二种是用图像（U－I图线）的斜率来求出．若采用图像法，在描点时，要尽量使各点间的距离拉大一些，连线时要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．‎ ‎【合作探究一】‎ 伏安法测电阻 一． 原理：‎ 伏安法测电阻是电学的基础实验之一。它的原理是欧姆定律。根据欧姆定律的变形公式R= 可知，要测某一电阻的阻值，只要用电压表测出两端的电压，用电流表测出通过的电流，代入公式即可计算出电阻的阻值。‎ 二．内接法与外接法 用伏安法测电阻，可以用两种方法把电压表和电流表接入电路。如图1甲、乙所示。图甲称为电流表的外接法，图乙称为电流表的内接法：‎ 由于电流表和电压表内阻的影响，不管采用哪种接法，都将导致系统误差。设电压表的内阻为RV，电流表的内阻为RA。‎ 原因分析:‎ a. 采用外接法:由于电压表内阻RV分流,使电流表的读数比通过RX的电流大 U测＝ ，I测＝ ＞ 真 测出电阻值R测＝＝ ＜ ，即电压表起到分流作用，当R越小时，引起误差越小，说明该接法适应于测小电阻。‎ b.采用内接法:由于电流表内阻RA分压,使电压表的读数比RX两端的电压大 当用内接法时，I测＝ ，U测＝ ＞‎ ‎∴测出电阻值R测＝＝ ＞ ，即电流表起了分压作用。当RA越小时引起误差越小，说明该接法适应于测大电阻。‎ 三、如何选择内接法与外接法 ‎1.阻值比较法，当》时，选择电流表外接法误差更小；‎ 当《时，选择电流表内接法误差更小。‎ ‎2比值法：‎ 当即 R= 时，内接法和外接法测电阻的相对误差相等；‎ 当，即 时，采用内接法测电阻产生的误差较小；‎ 当，即 时，采用外接法测电阻产生的误差较小。‎ 小结：用伏安法测电阻时，对于连接方法的选择遵循“大内大、小外小”的准则，即若待测电阻为大电阻，则选用 接法，测量值比真实值偏 ；若待测电阻为小电阻，则选用 接法，测量值比真实值偏 ‎3.试触法 试触法电路图如图4所示，先把电压表一端固定在a端，另一端先后与b、c点试触，‎ 图4　试触法 当电流表的示数变化明显时，说明电压表内阻分流明显，对电路影响大，即Rx与 可比拟，Rx属于大电阻，电路应当采用 接法；当电压表的示数变化明显时，说明电流表内阻分压明显，对电路影响大，即Rx与 可比拟，Rx属于小电阻，电路应当采用 接法。‎ ‎　　在通过上述的各种方法判定电流表的接法之下，我们可以看出选用恰当的接法能大大减少误差，当然，减少误差的同时还可采用多次测量的，求其平均值的方法，即利用电路控制改变待测电阻两端电压（或流经待测电阻的电流）。常用滑动变阻器的调节来达到这一目的，但这样只是减小偶然误差。‎ ‎【合作探究二】‎ 滑动变阻器的连接方式 电路选择原则 ‎1．限流和分压电路均可时，优先选择限流式 ‎2．以下三种情况不能采用限流接法而采用分压接法：‎ ‎1）电路中最小电流仍超过电流表最大量程或超过待测元件的额定电流；‎ ‎2）要求待测电阻的电压、电流从零开始连续变化；或实验要求的电压（电流）变化范围较大 ‎3）待测电阻值远大于变阻器的全部电阻值，滑动变阻器起不到调节作用。‎ ‎【典题探究】‎ 例1. 用伏安法较准确测定金属丝的电阻，已知金属丝的电阻约为3Ω，实验中要求金属丝的发 热功率不超过0.75W，有下列器材供选择：‎ A．量程‎0.6A，内阻0.5Ω的电流表 B．量程‎3A，内阻0.01Ω的电流表 C．量程3V，内阻6kΩ的电压表      D．量程15V，内阻30kΩ的电压表 E．滑动变阻器全电阻20Ω，允许通过最大电流‎1A F．3V蓄电池 G．电键一个、导线若干 ‎（1）电流表应选用______；（填字母）‎ ‎（2）为了减小误差，应该选用安培表的______．（填“内接法”或“外接法”）‎ ‎（3）采用这种接法，测量的电阻值总是______金属丝电阻的真实值．（填“大于”或“小于”）‎ 例2. 在“测定金属电阻率”的实验中，若被测电阻丝的长度为‎80.00cm，电阻约为3Ω～4Ω，在下列器材中应选用的是 （写代号）．‎ A．电压表（0～15V）；‎ B．电压表（0～3V）；‎ C．电流表（0～‎0.6A）；‎ D．电流表（0～‎3A）；‎ E．滑动变阻器（0～50Ω，‎2A）；‎ F滑动变阻器（0～500Ω，‎1A）；‎ G．电源（E＝3V，r＝0.2Ω）；‎ H电源（E＝10V，r＝lΩ）；‎ I．开关；J．导线（若干）．‎ 例3.测定金属电阻率的实验中，‎ ‎（1）如图（a）为测金属丝直径时螺旋测微器的示意图，则此金属丝的直径为 m；‎ ‎（2）如图（b）为用伏安法测金属丝电阻的电路图，‎ 其中M为 ， N为 ；‎ 若两表示数分别如图86－2（C）、（d）所示，则被测金属丝的电阻R测＝ ；‎ ‎（ 3）用以上方法测得的金属丝电阻率与其实际值比较是 ．（填“偏小”、“偏大”或“准确”）‎ 例4．某电压表的内阻在20 kΩ～50 kΩ之间，现测量其内阻，实验室提供下列可选用的器材。‎ 待测电压表V（量程3 V）‎ 电流表A1（量程200 μA）‎ 电流表A2（量程0.6 mA）‎ 滑动变阻器R（最大阻值1 kΩ）‎ 电源E （电动势4 V）    开关S ‎（1）所提供的电流表中，应选用_______（填写字母代号）‎ ‎（2）为了尽量减小误差，要求测量多组数据，试画出符合要求的实验电路图。‎ ‎【课堂检测】‎ ‎1．某同学用螺旋测微器测量金属线的直径时，几个主要操作情况如下，其中有哪些操作是不符合要求的 （ ）‎ A．将金属线放入小砧A、测微螺杆P的夹缝中，转动旋钮直至压紧，读出读数 B．选择导线的中间部分测量一次直径 C．读数时，固定刻度尺上零刻度以右已露出半毫米刻度线，直径一定大于0．‎‎5mm D．可动刻度上第16刻度线正好与固定刻度尺上标记线对齐，因此最后读数为‎0.66mm ‎2．某实验小组在测量金属电阻率时，主要实验步骤如下，其中哪些做法是不正确的（ ）‎ A．用螺旋测微器在金属线三个不同部位各测一次直径，取其平均值为d B．用米尺量出整个金属线的长度三次取其平均值为I C．选用电流表内接线路来测电阻，多次测量取平均值为R D．将测得的d、l、R代人公式算出电阻率 ‎3．在做本实验时，下列操作中正确的是（ ）‎ A若待测金属导线是漆包线，应该用火烧去表面的漆皮，轻轻抹去灰尘后再测金属丝的直径，千万不可用小刀去刮掉漆皮，而两端接头部分则要用砂市打磨干净，以保证电路接触良好．‎ B．用米尺反复测量3次导线的总长，求出平均值l，然后将导线接入测量电路中．‎ C．估计待测金属导线的电阻值大小，选择合适的仪器和实验电路．‎ D．合上电键S，不断增大滑动变阳器接入电路的有效阻值，记录几组对应的电流强度和电压的数值，计算出导线的电阻R。‎ ‎4．用伏安法测电阻，应当用滑动变阻器改变通过待测电阻的电流强度，以便多测几组数据．如图所示，变阻器有a、b两种接法．关于这两种接法，下列说法中正确的是（ ）‎ A．变阻器在a图中作分压器使用，在b图中作限流器使用．‎ B．若变阻器的全阻值比待测电阻小时，用b电路能较大范围地调节Rx中的电流强度 C．若变阻器的全阻值比待测电阻大时，用a电路能较大范围地调节Rx中的电流强度．‎ D．若变阻器的全阻值比待测电阻小得多时，用a电路能较大范围地调节Rx中的电流强度。‎ ‎【层次一】‎ ‎1.利用伏安法测电阻时，若不知待测电阻。可采用下述方法选择正确电路以减小误差。可将仪器按下图接好，并空出伏特表的一个接头P，将P分别与a，b 两点接触一下，如果安培表示数变化显著，则P 应接在 处，如果伏特表示数显著变化，则P 应接在 处。‎ R a b P V A ‎2． 有一个阻值约为5kΩ的电阻，现用伏安法较准确的测定它的电阻值，可供选用的电流表量程为50mA，内阻为20Ω，电压表量程为5V，内阻为10kΩ，滑动变阻器（0～10Ω，‎2A）为减少误差，实验时应选用哪种电路为好( )‎ ‎3 .欲用伏安法测定一段阻值约为5Ω左右的金属导线的电阻，要求测量结果尽量准确，现备有以下器材:‎ A.电池组(3V，内阻10Ω)； B.电流表(0～‎3A，内阻0.0125Ω)；‎ C.电流表(0～‎0.6A，内阻0.125Ω)； D.电压表(0～3V，内阻3kΩ):‎ E.电压表(0～15V，内阻15kΩ)； F.滑动变阻器(0～20Ω，额定电流 ‎1A‎)；‎ G.滑动变阻器(0～2000Ω，额定电流‎0.3A)； H.开关、导线 ‎（1）实验电路应采用电流表______ 接法(填“内”或“外”)‎ ‎（2）为使通过待测金属导线的电流能在0～‎0‎‎.5A范围内改变，上述器材中应选用的是_____ （3）画出测量待测金属导线的电阻Rx的原理电路图，然后根据原理路将图中给定的器材连成实验电路图。‎ ‎4.用伏安法测量一只定值电阻的实验所需的器材实物如图，各器材规格为：‎ ‎⑴待测电阻RX（约100Ω）‎ ‎⑵直流毫安表（量程0-10mA，内阻50Ω）‎ ‎⑶直流电压表（量程0-3V，内阻5kΩ）‎ ‎⑷直流电源（输出电压3V，内阻可不计）‎ ‎⑸滑动变阻器（0-15Ω，允许最大电流‎1A）‎ ‎⑹电键一只，导线若干。‎ 根据器材的规格和实验要求，在下面方框中画出实验电路图，并在实物图上用笔画线当导线连接成实验电路。‎ U/V I/mA ‎1.0 2.0 3.0‎ ‎1.5‎ ‎1.0‎ ‎0.5‎ O ‎5.用伏安法测电阻的实验中，所用电压表的内阻约为20kΩ，电流表的内阻约为10Ω，滑动变阻器的最大阻值为20Ω，选用能够尽量减小系统误差的电路进行实验，所测得的各组数据已用实心点标在了坐标纸上。‎ ‎（1）根据各点表示的数据描出该电阻的伏安特性图线，并由此图线得出该电阻的阻值为RX=______Ω（保留2位有效数字）。‎ ‎（2）在方框中画出实验电路图。‎ ‎6．测定一根粗细均匀的阻值约为几欧的金属丝的电阻率可供选择的实验器材如下：‎ A．伏特表（0~3伏，内阻3千欧）‎ B．伏特表（0 ~15伏，内阻20千欧）‎ C．安培表（0~ 0.6安，内阻1欧）‎ D．安培表（0~ 3安，内阻0.2欧）‎ E．滑动变阻器（0 ~20欧，I额=1.00安）‎ F．滑动变阻器（0~ 100欧，I额=0.60安）‎ G．3伏电池组 H．电键、导线若干 ‎①电路实验时应选用器材：______（填序号）‎ ‎②在方框中画出实验电路图 ．‎ ‎7． 用伏安法较准确地测定一个待测电阻Rx（约200Ω）的阻值，可供选择的器材有 A．毫安表（0—10mA，内阻50Ω）‎ B．安培表（0—‎0.6A，内阻0.5Ω）‎ C．伏特表（0—3V，内阻5kΩ）‎ D ．伏特表（0—15V，内阻20kΩ）‎ E．电源（6V，内阻不计）‎ F ．滑动变阻器（0—20Ω，允许最大电流‎1A）‎ G ．电键一个，导线若干。‎ ‎（1）上述器材中，电流表应选用________；电压表应选用________。（填写各电表的字母代号）‎ ‎（2）根据器材的规格和实验要求，在下面虚线框内画出测上述电阻丝电阻的电路图。‎ ‎8． 在测定金属的电阻率的实验中：‎ ‎(1)用螺旋测微器测金属丝的直径如图所示，则该金属丝的直径为___mm．‎ ‎(2)已知电阻丝的电阻约为10Ω，现备有下列器材供测量该电阻丝的电阻时选用，应选用的器材有________________．（只填代号）‎ A．量程是‎0.6A、内阻为0.5Ω的安培计 B．量程是‎3A、内阻为0.1Ω的安培计 C．量程是3V、内阻为6kΩ的伏特计 D．量程是15V、内阻为30kΩ的伏特计 E．阻值为0－1kΩ，额定电流为‎0.5A的滑动变阻器 F．阻值为0－20Ω，额定电流为‎2A的滑动变阻器 G．蓄电池（6V）‎ H．开关一个，导线若干 ‎(3)在下面虚线框内画出用伏安法测上述电阻丝电阻的电路图。‎ ‎9.一个定值电阻，其阻值约在40～50Ω之间，现需要测量其阻值．给出的实验器材有：‎ 电池组 E：电动势9V，内阻约为0.5Ω 电压表V：量程0～10V，内阻20kΩ 电流表A1：量程0～50mA，内阻约为20Ω 电流表A2：量程0～300mA，内阻约为4Ω 滑动变阻器R1：阻值范围0～100Ω，额定电流‎1A 滑动变阻器R2：阻值范围0～1700Ω，额定电流‎0.3A 电键S、导线若干 ‎(1)测量中为了减小实验误差，实验所用的电流表应为______（填代号）‎ ‎(2)滑动变阻器应为______（填代号），‎ ‎(3)根据器材的规格和实验要求，画出电路图．‎