【物理】2019届一轮复习人教版 实验8 测定金属的电阻率学案

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文档介绍

【物理】2019届一轮复习人教版 实验8 测定金属的电阻率学案

实验八 测定金属的电阻率 ‎(对应学生用书第143页)‎ 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:如图实81所示,螺旋测微器的测砧A和固定刻度B固定在尺架C上,可动刻度E、旋钮D、微调旋钮D′是与测微螺杆F连在一起的,通过精密螺纹套在B上.‎ 图实81‎ ‎(2)原理:可动刻度E上的刻度为50等份,则螺旋测微器的精确度为‎0.01 mm.‎ ‎(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如图实82所示,固定刻度示数为‎2.0mm,而从可动刻度上读的示数为15.0,最后的读数为‎2.0 mm+15.0×‎0.01 mm=‎2.150 mm.‎ 图实82‎ ‎2.游标卡尺:‎ ‎(1)构造: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(如图实83所示).‎ 图实83‎ ‎(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的总长度少‎1 mm.常见的游标卡尺的游标尺上小等分刻度有10格的、20格的、50格的,其精确度见下表:‎ 刻度格数 ‎(分度)‎ 刻度总长度 每小格与 ‎1 mm的差值 精确度 ‎(可准确到)‎ ‎10‎ ‎9 mm ‎0.1 mm ‎0.1 mm ‎20‎ ‎19 mm ‎0.05 mm ‎0.05 mm ‎50‎ ‎49 mm ‎0.02 mm ‎0.02 mm ‎(4)读数:若用x表示从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,则记录结果表示为(x+K×精确度)mm.需要注意的是,不管是哪种卡尺,K值均不需要估读.‎ ‎(5)如图实84所示,有一游标卡尺,主尺的最小分度是‎1 mm,游标上有20个小的等分刻度.用它测量一工件的长度,图示的读数为‎104 mm+0.05×‎0 mm=‎104.00 mm.‎ 图实84‎ ‎3.伏安法测电阻:电流表内接法和外接法的比较.‎ 电流表内接法 电流表外接法 电路图 适用条件 大电阻(Rx> 或RA≪Rx)‎ 小电阻(Rx< 或RV≫Rx)‎ 误差分析 由于电流表分压:‎ P测==Rx+RA>Rx 测量值大于真实值 由于电压表分流:‎ R测==<Rx 测量值小于真实值 ‎4.电阻率的测定原理: ‎ ‎(1)把金属丝接入电路中,用伏安法测金属丝的电阻,Rx=,电路原理如图实85所示.‎ 图实85‎ ‎(2)用毫米刻度尺测金属丝接入电路部分的长度l:用螺旋测微器测得金属丝的直径d,算出横截面积S=.‎ ‎(3)根据电阻定律R=ρ,得金属丝电阻率ρ=.‎ 三、实验器材 被测金属丝,直流电源(4 V),电流表(0~0‎.6 A),电压表(0~3 V),滑动变阻器(50 Ω),开关,导线若干,螺旋测微器,毫米刻度尺.‎ 四、实验过程 ‎1.直径测定:用螺旋测微器(或游标卡尺)在被测金属丝上的三个不同位置各测一次直径,求出其平均值d,计算出金属丝的横截面积S=.‎ ‎2.电路连接:按如图实86所示的电路原理图连接好用伏安法测电阻的实验电路.‎ 图实86‎ ‎3.长度测量:用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属丝的有效长度,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位置.读出几组相应的电流表和电压表示数I和U的值,填入表格中,断开开关S.‎ U I ‎5.拆除实验线路.整理好实验器材.‎ 五、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.‎ ‎(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 ρ=Rx=.‎ 六、误差分析 ‎1.系统误差:‎ ‎(1)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.‎ ‎(2)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. ‎ ‎2.偶然误差:‎ ‎(1)金属丝的横截面积是利用直径计算而得到的,直径的测量是产生误差的主要来源之一.‎ ‎(2)金属丝的长度测量、电流表和电压表的读数等均会带来偶然误差.‎ 七、注意事项 ‎1.螺旋测微器的使用:‎ ‎(1)测量前应校对零点:使测砧A与测微螺杆P并拢,观察可动刻度零刻线与固定刻度的轴向线是否重合,以及可动刻度的边缘与固定刻度的零刻线是否重合.‎ 图实87‎ ‎(2)测量时,当测微螺杆P将要接触被测物体时,要停止使用旋钮K,改用微调旋钮K′,当听到“咔、咔”声时,停止转动,以避免P和被测物体间产生过大的压力.‎ ‎(3)螺旋测微器应估读一位,即以mm作单位,读到小数点后面第三位.‎ ‎2.测定金属的电阻率:‎ ‎(1)测量被测金属导线的有效长度,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.‎ ‎(2)闭合开关S之前,一定要使滑动变阻器的滑片处在有效阻值最大的位置.‎ ‎(3)电流不宜太大(电流表用0~‎0.6 A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.‎ ‎(对应学生用书第145页)‎ 考点一| 测量仪器、仪表的读数 ‎(1)如图实88所示的两把游标卡尺,它们的游标尺从左至右分别为‎9 mm长10等分、‎19 mm长20等分,它们的读数依次为________mm,________mm.‎ 图实88‎ ‎(2)使用螺旋测微器测量两个金属丝的直径,示数如图实89所示,则图(a)、(b)金属丝的直径分别为________mm,________mm.‎ 图实89‎ ‎(3)①图实810甲用‎0.6 A量程时,对应刻度盘上每一小格代表________A,表针的示数是________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.‎ 图实810‎ ‎②图实810乙使用较小量程时,每小格表示________V,图中指针的示数为________V,若使用的是较大量程,则这时表盘刻度每小格表示________V,图中表针指示的是________V.‎ ‎[答案](1)17.7 23.85 (2)2.150 0.048 (3)①0.02 0.44 0.1 2.20 ②0.1 1.70 0.5 8.5‎ ‎ 电流表量程一般有两种——0~‎0.6 A,0~‎3 A;电压表量程一般有两种——0~3 V,0~15 V.如图实811所示:‎ 图实811‎ ‎(1)接0~3 V量程时读数为________V.‎ ‎(2)接0~15 V量程时读数为________V.‎ ‎(3)接0~‎3 A量程时读数为________A.‎ ‎(4)接0~‎0.6 A量程时读数为________A.‎ ‎[答案](1)1.88 (2)9.4 (3)0.80 (4)0.16‎ 考点二| 实验原理与实物连图 ‎ 某同学通过实验测定一个阻值约为5 Ω的电阻Rx的阻值.‎ ‎(1)现有电源(4 V,内阻可不计)、滑动变阻器(0~50 Ω,额定电流‎2 A)、开关和导线若干,以及下列电表:‎ A.电流表(0~‎3 A,内阻约0.025 Ω)‎ B.电流表(0~‎0.6 A,内阻约0.125 Ω)‎ C.电压表(0~3 V,内阻约3 kΩ)‎ D.电压表(0~15 V,内阻约15 kΩ)‎ 为减小测量误差,在实验中,电流表应选用________,电压表应选用________(选填器材前的字母);实验电路应采用图实812中的________(选填“甲”或“乙”).‎ 图实812‎ ‎(2)图实813是测量Rx的实验器材实物图,图中已连接了部分导线.请根据在(1)问中所选的电路图,补充完成图中实物间的连线.‎ 图实813‎ ‎(3)接通开关,改变滑动变阻器滑片P的位置,并记录对应的电流表示数I、电压表示数U.某次电表示数如图实814所示,可得该电阻的测量值Rx==________Ω.(保留2位有效数字)‎ 图实814‎ ‎(4)若在(1)问中选用甲电路,产生误差的主要原因是________;若在(1)问中选用乙电路,产生误差的主要原因是________.(选填选项前的字母) ‎ A.电流表测量值小于流经Rx的电流值 B.电流表测量值大于流经Rx的电流值 C.电压表测量值小于Rx两端的电压值 D.电压表测量值大于Rx两端的电压值 ‎[解析] (1)由于电源电压4V,所以电压表应选3V量程,Rx约为5Ω,则电路中电流最大为‎0.8A,为减小测量误差,电流表应选‎0.6A量程.又因为Rx<,因此采用电流表外接,故电流表应选用B,电压表应选用C,实验电路应采用图中的甲图.‎ ‎(2)‎ ‎(3)由题图可得该电阻的测量值Rx===5.2 Ω.‎ ‎(4)若在(1)问中选用甲电路,产生误差的主要原因是电流表测量值大于流经Rx的电流值;若在(1)问中选用乙电路,产生误差的主要原因是电压表测量值大于Rx两端的电压值.‎ ‎[答案](1)B C 甲 (2)如图所示 (3)5.2 (4)B D 要测量一段阻值大约有几欧姆的金属丝的电阻率,请根据题目要求完成实验.‎ ‎(1)用毫米刻度尺测量金属丝长度为L=‎‎80.00 cm ‎,用螺旋测微器测金属丝的直径如图所示,则金属丝的直径d=________mm.‎ ‎(2)请在如图所示实物连接图中,用笔画线,完成测量电路.‎ ‎(3)实验中多次改变滑动变阻器触头的位置,得到多组实验数据,以电压表读数U为纵轴、电流表读数I为横轴,在UI坐标系中描点如图所示.请作出图象并根据图象________求出被测金属丝的电阻R=________Ω.(保留两位有效数字)‎ ‎(4)根据以上测量结果,得出被测金属丝的电阻率ρ=________Ω·m.(保留两位有效数字)‎ ‎[解析](1)由图示螺旋测微器可知,其示数为‎1.5 mm+10.0×‎0.01 mm=‎1.600 mm.‎ ‎(2)电源电动势大约为3 V,所以电压表使用0~3 V量程.由于金属丝电阻很小,电流表应外接.由实验数据可知滑动变阻器应为分压接法.连线如图所示.‎ ‎(3)图象斜率等于电阻R,由图象可知,阻值为R=6.0 Ω.‎ ‎(4)由电阻定律R=ρ=ρ可得,电阻率 ρ== Ω·m≈1.5×10-5 Ω·m. ‎ ‎[答案](1)1.600‎ ‎(2)‎ ‎(3)‎ 斜率 6.0(5.8~6.3均可) (4)1.5×10-5‎ 考点三| 实验拓展与创新 视角1:实验原理的创新 教材中实验是测量金属丝的电阻率,可以采用教材实验的原理测定导线的长度或导线的电阻.‎ 视角2:实验器材的创新 (1)实验中若没有螺旋测微器测电阻丝的直径,可将电阻丝紧密的缠绕在圆柱形铅笔上30~50匝,测总长度,然后求出直径.‎ (2)还可以把电压表、电流表更换为电压、电流传感器.‎ 视角3:测量对象的创新,可以将测金属丝的电阻率,改为测圆柱体金属、圆桶形薄片、电解液等的电阻率.‎ 视角4:测量方法的创新,测量电阻时还可应用等效替代法、半偏法、多用电表、电桥法、双电流表法、双电压表法等.‎ 创新点1 测量铅笔芯的电阻率 ‎1.(2018·山东潍坊统考)一探究小组要测量2B铅笔芯的电阻率,所用的实验器材有:电源E(9 V),铅笔芯(最大阻值约6 Ω),滑动变阻器(最大阻值20 Ω),电流表A(量程为‎0.3 A,内阻约为0.5 Ω),电压表V(量程为3 V,内阻约为1 000 Ω),开关S.‎ ‎(1)将虚线框内测量铅笔芯电阻的实验电路图补充完整.‎ ‎(2)实验中,改变连入电路的铅笔芯长度L,测出对应的电阻值R,测得的4组实验数据已描点在如图实815甲所示的RL坐标系中,请画出RL图线.‎ 图实815‎ ‎(3)用螺旋测微器测量铅笔芯的直径.如图乙所示,其读数为________mm.‎ ‎(4)根据画出的RL图线及测得的铅笔芯的直径,可求得铅笔芯的电阻率为________Ω·m.(保留三位有效数字)‎ ‎[解析](1)由于待测电阻Rx<,所以电流表应该用外接法,滑动变阻器采用分压式接法.‎ ‎(3)螺旋测微器的读数为‎1 mm+20.0×‎0.01 mm=‎1.200 mm.‎ ‎(4)由电阻定律得R=ρ=ρ,RL图线的斜率k=,解得ρ=3.77×10-5 Ω·m.‎ ‎[答案](1)如图1所示 (2)如图2所示 ‎(3)1.200 (4)3.77×10-5‎ 创新点2 测量金属管线的电阻率 ‎2.有一根细长且均匀的空心金属管线,长约‎30 cm,电阻约为5 Ω,已知这种金属的电阻率为ρ,现在要尽可能精确测定它的内径d.‎ ‎(1)用螺旋测微器测量金属管线外径D时刻度的位置如图实816甲所示,从图中读出外径为________mm,应用________(选填“厘米刻度尺”或“毫米刻度尺”)测金属管线的长度L.‎ 图实816‎ ‎(2)测量金属管线的电阻R,为此取来两节新的干电池、开关和若干导线及下列器材:‎ A.电压表0~3 V,内阻约10 kΩ B.电压表0~15 V,内阻约50 kΩ C.电流表0~‎0.6 A,内阻约0.05 Ω D.电流表0~‎3 A,内阻约0.01 Ω E.滑动变阻器,0~10 Ω F.滑动变阻器,0~100 Ω 要求较准确地测出其阻值,电压表应选________,电流表应选________,滑动变阻器应选________.(填序号)‎ ‎(3)实验中他的实物接线如图实816乙所示,请指出接线中的两处明显错误.‎ 错误1:_________________________________________________‎ 错误2:__________________________________________________‎ ‎(4)用已知的物理常数和应直接测量的物理量(均用符号表示),推导出计算金属管线内径的表达式d=________.‎ ‎(5)在实验中,下列说法正确的是(  )‎ A.为使电流表读数明显,应使电流尽可能大些 B.为操作方便,中间过程可保持开关S一直处于闭合状态 C.千分尺的精确度是千分之一毫米 D.用千分尺测量直径时必须估读一位 ‎[解析](1)螺旋测微器的读数为:‎ D=‎5 mm+20.0×‎0.01 mm=‎5.200 mm;‎ 测量‎30 cm金属管长度时应用毫米刻度尺来测量.‎ ‎(2)由于两节干电池的电动势为3 V,所以电压表应选A;由于通过金属管的最大电流为Im == A=‎0.6 A,所以电流表应选C;为了较准确地测出其阻值,滑动变阻器应选E.‎ ‎(3)由于待测金属管阻值远小于电压表内阻,所以电流表应用外接法,连线图中的两处明显错误分别是:‎ 错误1:导线连接在滑动变阻器的滑片上;‎ 错误2:采用了电流表内接法.‎ ‎(4)设金属管线内径为d,根据电阻定律应有:‎ R=,‎ 又R=,‎ 联立可得:d=.‎ ‎(5)由金属的电阻率随温度的升高而增大可知,通过待测金属管线的电流不能太大,所以A错误;为减小温度的影响,中间过程应断开开关,所以B错误;千分尺的精确度是‎0.01 mm,即应精确到毫米,所以C错误;千分尺读数时必须估读一位,即估读到‎0.001 mm,所以D正确.‎ ‎[答案](1)5.200 毫米刻度尺 (2)A C E ‎(3)导线连接在滑动变阻器的滑片上 采用了电流表内接法 (4) (5)D 创新点3 测量导电液体的电阻率 ‎3.如图实817所示是一同学测量某导电液体电阻率的实物连线图.图中均匀的长直玻璃管内径为d,里面充满待测导电液体,玻璃管两端各装有一电极,电极距离为L.‎ 图实817‎ ‎(1)根据实物连线图在虚线框内画出实验的电路原理图,其中导电液体用电阻Rx表示.‎ ‎(2)在接通电路前,为保证器材安全,滑动变阻器的滑片P应移到最________端(填“左”或“右”).在电路调试时,该同学发现:闭合开关S1后,单刀双掷开关S2接到a接点时电压表示数为4.5 V、电流表示数为180 μA;单刀双掷开关S2接到b接点时电压表示数为4.6 V、电流表示数为164 μA.正式测量时,为减小实验误差,单刀双掷开关S2应接到________点(选填“a”或“b”).‎ ‎(3)该同学正确完成实验,测得该段液体的电阻R0,则该导电液体的电阻率的表达式为ρ=________(用R0、L、d等表示). ‎ ‎ [解析](1)电路原理图如图所示 ‎(2)接通电路前为保证电路的安全,应使滑动变阻器接入电路中的电阻最大,即滑片应移到最右端.分别使用内接法和外接法时电流表示数变化大,电压表示数变化小,说明电流表对示数影响较小,即电流表内阻远小于被测电阻,为减小误差应当采用电流表内接法,故接b点.‎ ‎(3)根据欧姆定律R=、电阻定律ρ=及S=π()2可得电阻率ρ=.‎ ‎[答案](1)如图所示 ‎(2)右 b (3) ‎[随堂训练]‎ ‎1.在伏安法测电阻的实验中,待测电阻Rx约为200 Ω,电压表○V的内阻约为2 kΩ,电流表Ⓐ的内阻约为10 Ω,测量电路中电流表的连接方式如图实718(a)或图实718(b)所示,结果由公式Rx=计算得出,式中U与I分别为电压表和电流表的示数.若将图(a)和图(b)中电路测得的电阻值分别记为Rx1和Rx2,则________(填“Rx‎1”‎或“Rx‎2”‎)更接近待测电阻的真实值,且测量值Rx1________(填“大于”、“等于”或“小于”)真实值,测量值Rx2________(填“大于”、“等于”或“小于”)真实值.‎ ‎     (a) (b)‎ 图实718‎ ‎[解析] =20,=10,因Rx 属于大电阻,用电流表内接法时测量值更接近真实值,即Rx1更接近真实值;因此Rx1==Rx+RA,故Rx1>Rx,Rx2==R并(即Rx与RV的并联值),故Rx2
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