2023版物理一輪精品復(fù)習(xí)學(xué)案：實(shí)驗(yàn)七-測定金屬的電阻率(選修3-1)

1、第7頁 共7頁實(shí)驗(yàn)七 測定金屬的電阻率【考綱全景透析】一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1.掌握電流表、電壓表和滑動變阻器的使用方法. 2.掌握螺旋測微器的使用方法和讀數(shù)方法. 3.學(xué)會利用伏安法測電阻，進(jìn)一步測出金屬絲的電阻率.二、實(shí)驗(yàn)原理 由R=得=因此，只要測出金屬絲的長度l，橫截面積S和金屬絲的電阻R，即可求出金屬絲的電阻率.把金屬絲接入電路中，用伏安法測金屬絲的電阻R (R= ).電路原理如下列圖. (2)用毫米刻度尺測量金屬絲的長度l，用螺旋測微器量得金屬絲的直徑，算出橫截面積S. (3)將測量的數(shù)據(jù)代入公式=求金屬絲的電阻率.【螺旋測微器、游標(biāo)卡尺的使用】 1.螺旋測微器的構(gòu)造原理及讀數(shù) (1)螺旋

2、測微器的構(gòu)造 如下列圖是常用的螺旋測微器.它的測砧A和固定刻度S固定在尺架F上.旋鈕K、微調(diào)旋鈕K和可動刻度H、測微螺桿P連在一起，通過精密螺紋套在S上. (2)螺旋測微器的原理 測微螺桿P與固定刻度S之間的精密螺紋的螺距為0.5 mm，即旋鈕K每旋轉(zhuǎn)一周，P前進(jìn)或后退0.5 mm，而可動刻度H上的刻度為50等份，每轉(zhuǎn)動一小格，P前進(jìn)或后退 0.01 mm，即螺旋測微器的精確度為0.01 mm.讀數(shù)時估讀到毫米的千分位上，因此，螺旋測微器又叫千分尺. (3)讀數(shù)：測量時被測物體長度的整毫米數(shù)由固定刻度讀出，小數(shù)局部由可動刻度讀出. 測量值(mm)=固定刻度數(shù)(mm)(注意半毫米刻度線是否露出)

3、+可動刻度數(shù)(估讀一位)0.01(mm) 如下列圖，固定刻度示數(shù)為2.0 mm，缺乏半毫米而從可動刻度上讀的示數(shù)為15.0，最后的讀數(shù)為：2.0 mm+15.00.01 mm=2.150 mm. 2.游標(biāo)卡尺(如圖) (1)構(gòu)造:主尺、游標(biāo)尺(主尺和游標(biāo)尺上各有一個內(nèi)外測量爪)、游標(biāo)尺上還有一個深度尺,尺身上還有一個緊固螺釘. (2)用途:測量厚度、長度、深度、內(nèi)徑、外徑. (3)原理:利用主尺的最小分度與游標(biāo)尺的最小分度的差值制成.不管游標(biāo)尺上有多少個小等分刻度,它的刻度局部的總長度比主尺上的同樣多的小等分刻度少1 mm.常見的游標(biāo)卡尺的游標(biāo)尺上小等分刻度有10個的、20個的、50個的,見下

4、表: (4)讀數(shù)：假設(shè)用x表示由主尺上讀出的整毫米數(shù)，K表示從游標(biāo)尺上讀出與主尺上某一刻線對齊的游標(biāo)的格數(shù)，那么記錄結(jié)果表達(dá)為(x+K精確度) mm.【伏安法測電阻】 1.電流表的內(nèi)接法和外接法的比較 2.兩種電路的選擇 (1)阻值比較法：先將待測電阻的估計值與電壓表、電流表內(nèi)阻進(jìn)行比較，假設(shè)Rx較小，宜采用電流表外接法；假設(shè)Rx較大，宜采用電流表內(nèi)接法.簡單概括為“大內(nèi)偏大，小外偏小. (2)臨界值計算法 Rx 時，用電流表內(nèi)接法. (3)實(shí)驗(yàn)試探法：按圖示接好電路，讓電壓表一根接線柱P先后與a、b處接觸一下，如果電壓表的示數(shù)有較大的變化，而電流表的示數(shù)變化不大，那么可采用電流表外接法；如果

5、電流表的示數(shù)有較大的變化，而電壓表的示數(shù)變化不大，那么可采用電流表內(nèi)接法. 三、實(shí)驗(yàn)器材 被測金屬絲、螺旋測微器、毫米刻度尺、電池組、電流表、電壓表、滑動變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線假設(shè)干.【熱點(diǎn)難點(diǎn)全析】一、實(shí)驗(yàn)步驟 1.直徑測定：用螺旋測微器在被測金屬導(dǎo)線上的三個不同位置各測一次直徑， 求出其平均值d，計算出導(dǎo)線的橫截面積S=2.電路連接：按如下列圖的原理電路圖連接好用伏安法測電阻的實(shí)驗(yàn)電路. 3.長度測量：用毫米刻度尺測量接入電路中的被測金屬導(dǎo)線的有效長度，反復(fù)測量3次，求出其平均值l.4.U、I測量：把滑動變阻器的滑動片調(diào)節(jié)到使接入電路中的電阻值最大的位置，電路經(jīng)檢查確認(rèn)無誤后，閉合開關(guān)S，改變

6、滑動變阻器滑動片的位置，讀出幾組相應(yīng)的電流表、電壓表的示數(shù)I和U的值，記入表格內(nèi)，斷開開關(guān)S.5.拆去實(shí)驗(yàn)線路，整理好實(shí)驗(yàn)器材.【例1】(2023江門模擬)在“測定金屬的電阻率的實(shí)驗(yàn)中，用螺旋測微器測量金屬絲直徑時的刻度位置如下列圖，用米尺測出金屬絲的長度L，金屬絲的電阻大約為5 ，先用伏安法測出金屬絲的電阻R，然后根據(jù)電阻定律計算出該金屬材料的電阻率.(1)從圖中讀出金屬絲的直徑為_mm.(2)為此取來兩節(jié)新的干電池、電鍵和假設(shè)干導(dǎo)線及以下器材：A.電壓表03 V，內(nèi)阻10 kB.電壓表015 V，內(nèi)阻50 kC.電流表00.6 A，內(nèi)阻0.05 D.電流表03 A，內(nèi)阻0.01 E.滑動變

7、阻器，010 F.滑動變阻器，0100 要求較準(zhǔn)確地測出其阻值，電壓表應(yīng)選_，電流表應(yīng)選_，滑動變阻器應(yīng)選_.(填序號)實(shí)驗(yàn)中某同學(xué)的實(shí)物接線如下列圖，請指出該同學(xué)實(shí)物接線中的兩處明顯錯誤.錯誤1_錯誤2_【答案】(1)0.680(或0.679)(2)A C E錯誤1：導(dǎo)線連接在滑動變阻器的滑片上錯誤2：采用了電流表內(nèi)接法二、數(shù)據(jù)處理 1.在求Rx的平均值時可用兩種方法 (1)用Rx=分別算出各次的數(shù)值，再取平均值. (2)用U-I圖線的斜率求出. 2.計算電阻率：將記錄的數(shù)據(jù)Rx、l、d的值代入電阻率計算式= 3.誤差分析1金屬絲的橫截面積是利用直徑計算而得，直徑的測量是產(chǎn)生誤差的主要來源之

8、一. 2采用伏安法測量金屬絲的電阻時，由于采用的是電流表外接法，測量值小于真實(shí)值，使電阻率的測量值偏小. 3金屬絲的長度測量、電流表和電壓表的讀數(shù)等會帶來偶然誤差. 4由于金屬絲通電后發(fā)熱升溫，會使金屬絲的電阻率變大，造成測量誤差. 4.本卷須知1本實(shí)驗(yàn)中被測金屬導(dǎo)線的電阻值較小，因此實(shí)驗(yàn)電路一般采用電流表外接法. 2實(shí)驗(yàn)連線時，應(yīng)先從電源的正極出發(fā)，依次將電源、開關(guān)、電流表、待測金屬導(dǎo)線、滑動變阻器連成主干線路(閉合電路)，然后再把電壓表并聯(lián)在待測金屬導(dǎo)線的兩端. 3測量被測金屬導(dǎo)線的有效長度，是指測量待測導(dǎo)線接入電路的兩個端點(diǎn)之間的長度，亦即電壓表兩端點(diǎn)間的待測導(dǎo)線長度，測量時應(yīng)將導(dǎo)線拉直

9、,反復(fù)測量三次，求其平均值. 4測金屬導(dǎo)線直徑一定要選三個不同部位進(jìn)行測量，求其平均值. 5閉合開關(guān)S之前，一定要使滑動變阻器的滑片處在有效電阻值最大的位置. 6在用伏安法測電阻時，通過待測導(dǎo)線的電流強(qiáng)度I不宜過大(電流表用00.6 A量程)，通電時間不宜過長，以免金屬導(dǎo)線的溫度明顯升高，造成其電阻率在實(shí)驗(yàn)過程中逐漸增大. 7求R的平均值時可用兩種方法：第一種是用R=U/I算出各次的測量值，再取平均值；第二種是用圖象(U-I圖線)來求出.假設(shè)采用圖象法，在描點(diǎn)時，要盡量使各點(diǎn)間的距離拉大一些，連線時要盡可能地讓各點(diǎn)均勻分布在直線的兩側(cè)，個別明顯偏離較遠(yuǎn)的點(diǎn)可以不予考慮.【高考零距離】【2023

10、年】1.2023 廣東1某同學(xué)測量一個圓柱體的電阻率，需要測量圓柱體的尺寸和電阻。分別使用游標(biāo)卡尺和螺旋測微器測量圓柱體的長度和直徑，某次測量的示數(shù)如圖15a和圖15b所示，長度為_cm，直徑為_mm。按圖15c鏈接電路后，實(shí)驗(yàn)操作如下：a將滑動變阻器R1的阻值置于最_處填“大或“小；將S2撥向接點(diǎn)1，閉合S1，調(diào)節(jié)R1，使電流表示數(shù)為I0；b將電阻箱R2的阻值調(diào)至最_填“大或“小；將S2撥向接點(diǎn)2；保持R1不變，調(diào)節(jié)R2，使電流表示數(shù)仍為I0，此時R2阻值為1280； 由此可知，圓柱體的電阻為_?！敬鸢浮?5.01 5.315 a大 b大 1280【詳解】1游標(biāo)卡尺的讀數(shù)步驟如下.首先，確定

11、游標(biāo)卡尺的精度為10分度，即為0.1mm，然后以毫米為單位從主尺上讀出整毫米數(shù)50.0mm，注意小數(shù)點(diǎn)后的有效數(shù)字要與精度一樣，再從游標(biāo)尺上找出對齊的一根刻線，精度格數(shù)=0.11mm=0.1mm，最后兩者相加，根據(jù)題目單位要求換算為需要的數(shù)據(jù)，50.0mm+0.1mm=50.1mm=5.01cm；螺旋測微器的讀數(shù)步驟如下.首先，確定從主尺讀出毫米數(shù)為5.000mm，為保護(hù)電路每次實(shí)驗(yàn)前均應(yīng)調(diào)節(jié)R1至最大值，兩次實(shí)驗(yàn)電流表讀數(shù)一致，那么兩電阻相等，未知電阻阻值為1280。2.2023 北京21.18分在“測定金屬的電阻率實(shí)驗(yàn)中，所用測量儀器均已校準(zhǔn)，待側(cè)金屬絲接入電路局部的長度約為50cm。圖1

12、圖1(2)用伏安法測金屬絲的電阻Rx。實(shí)驗(yàn)所用器材為：電池組電動勢3V，內(nèi)阻約1、電流表內(nèi)阻約0.1、電壓表內(nèi)阻約3k、滑動變阻器R020，額定電流2 A、開關(guān)、導(dǎo)線假設(shè)干。某小組同學(xué)利用以上器材正確連接好電路，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測量，記錄數(shù)據(jù)如下：次數(shù)1234567U/V0.100.300.701.001.501.702.30I/A0.0200.0600.1600.2200.3400.4600.520由以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，他們測量Rx是采用圖2中的圖選填“甲或“乙。VVARSRxRS圖2乙甲VARx0 0 I/A U/V 0.5 1.5 2.5 2.0 1.0 0.10 0.20 0.30 0.40 0

13、.50 0.60 PPRx圖3圖3是測量Rx的實(shí)驗(yàn)器材實(shí)物圖，圖中已連接了局部導(dǎo)線，滑動變阻器的滑片P置于變阻器的一端。請根據(jù)2所選的電路圖，補(bǔ)充完成圖3中實(shí)物間的連線，并使閉合開關(guān)的瞬間，電壓表或電流表不至于被燒壞。4這個小組的同學(xué)在坐標(biāo)紙上建立U、I坐標(biāo)系，如圖4所示，圖中已標(biāo)出了與測量數(shù)據(jù)對應(yīng)的4個坐標(biāo)點(diǎn)。請在圖4中標(biāo)出第2、4、6次測量數(shù)據(jù)的坐標(biāo)點(diǎn)，并描繪出U-I圖線。由圖線得到金屬絲的阻值=保存兩位有效數(shù)字。5根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以估算出金屬絲電阻率約為 填選項(xiàng)前的符號。A.110-2m B. 110-3m C. 110-6m D. 110-8m6任何實(shí)驗(yàn)測量都存在誤差。本實(shí)驗(yàn)所用測量儀器

14、均已校準(zhǔn)，以下關(guān)于誤差的說法中正確的選項(xiàng)是有多個正確選項(xiàng)。A.用螺旋測微器測量金屬絲直徑時，由于讀數(shù)引起的誤差屬于系統(tǒng)誤差B.由于電流表和電壓表內(nèi)阻引起的誤差屬于偶然誤差C.假設(shè)將電流表和電壓表的內(nèi)阻計算在內(nèi)，可以消除由測量儀器引起的系統(tǒng)誤差D.用U-I圖像處理數(shù)據(jù)求金屬絲電阻可以減小偶然誤差【詳解】10.397 解析：固定刻度讀數(shù)為0，可動刻度讀數(shù)為39.7，所測長度為0+39.70.01=0.397mm.(0.3950.399)。2解析：由記錄數(shù)據(jù)根據(jù)歐姆定律可知金屬絲的電阻Rx約5。那么有，比較Rx為小電阻應(yīng)該采用外接法測量誤差小。由3知是用伏安特性曲線來測量電阻的，就要求電壓電流從接近

15、0開始調(diào)節(jié)，所以應(yīng)該采用分壓接法甲。3解析：注意連圖時連線起點(diǎn)和終點(diǎn)在接線柱上并且不能交叉，結(jié)合2可知應(yīng)該連接成外接分壓接法甲那么在連線時斷開開關(guān)且使Rx兩端的電壓為0。先連外接法線1再連分壓法線2和3，此時滑片P必須置于變阻器的左端。4.54解析：描繪出第2、4、6三個點(diǎn)后可見第6次測量數(shù)據(jù)的坐標(biāo)點(diǎn)誤差太大舍去，然后作出U-I圖線。其中第4次測量數(shù)據(jù)的坐標(biāo)點(diǎn)在描繪出的U-I圖線上，有(4.34.7)。5C解析：根據(jù)電阻定律有m，估算出的金屬絲電阻率是C。6 C D解析：用螺旋測微器測量金屬絲直徑時，由于讀數(shù)引起的誤差屬于偶然誤差；由于電流表和電壓表內(nèi)阻引起的誤差屬于系統(tǒng)誤差。答案C D?！究?/p>

16、點(diǎn)提升訓(xùn)練】1.某同學(xué)做“測定金屬電阻率的實(shí)驗(yàn)(1)需要通過實(shí)驗(yàn)直接測量的物理量有：_(寫知名稱和符號)(2)這位同學(xué)在一次測量時，電流表、電壓表的示數(shù)如下列圖由圖中電流表、電壓表的讀數(shù)可計算出金屬絲的電阻為_ .【詳解】(1)由Req f(l,S)、Req f(U,I)得eq f(Ud2,4Il).需要直接測量的物理量有U、I、l、d.(2)電壓表讀數(shù)是2.40 V，電流表讀數(shù)是0.46 A，電阻Req f(U,I)eq f(2.40,0.46) 5.22 .【答案】(1)加在金屬絲兩端的電壓U，通過金屬絲的電流I，金屬絲的長度l，金屬絲的直徑d(2)5.223(2023廣東江門模擬)在“測

17、定金屬的電阻率的實(shí)驗(yàn)中，用螺旋測微器測量金屬絲直徑時的刻度位置如下列圖，用米尺測出金屬絲的長度L，金屬絲的電阻大約為5 ，先用伏安法測出金屬絲的電阻R，然后根據(jù)電阻定律計算出該金屬材料的電阻率圖(1)從圖中讀出金屬絲的直徑為_mm.(2)為此取來兩節(jié)新的干電池、電鍵和假設(shè)干導(dǎo)線及以下器材：A電壓表03 V，內(nèi)阻10 kB電壓表015 V，內(nèi)阻50 kC電流表00.6 A，內(nèi)阻0.05 D電流表03 A，內(nèi)阻0.01 E滑動變阻器，010 F滑動變阻器，0100 要求較準(zhǔn)確地測出其阻值，電壓表應(yīng)選_，電流表應(yīng)選_，滑動變阻器應(yīng)選_(填序號)實(shí)驗(yàn)中某同學(xué)的實(shí)物接線如圖7323所示，請指出該同學(xué)實(shí)物

18、接線中的兩處明顯錯誤圖錯誤1：_錯誤2：_(3)假設(shè)測得金屬絲的直徑用d表示，電阻用R表示，那么該金屬材料的電阻率_.【詳解】(1)從螺旋測微器的固定刻度上可以看出，半毫米刻度線已經(jīng)露出來，因此主尺上應(yīng)讀0.5 mm，可動刻度上接近第18個刻度線，可以估讀0.180 mm(或0.179 mm)，所以該金屬絲直徑應(yīng)為0.5 mm0.180 mm(或0.179 mm)0.680 mm(或0.679 mm)(2)由電路圖知電源是兩節(jié)干電池，電動勢是3 V，用3 V量程的電壓表A；因?yàn)殡娮杞z的電阻大約為5 ，如果把3 V的電動勢全加在電阻絲上，電流才是0.6 A，因此用量程是0.6 A的電流表C；此題

19、中金屬絲的電阻大約為5 ，為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，應(yīng)選10 的滑動變阻器E.(3)由Req f(L,S)可得：eq f(Rd2,4 L).【答案】(1)0.680(或0.679)(2)ACE錯誤1：導(dǎo)線連接在滑動變阻器的滑片上錯誤2：采用了電流表內(nèi)接法(3)eq f(Rd2,4 L)4某同學(xué)在做?自來水電阻率的測定?課題時，先在一根均勻的長玻璃管兩端各裝了一個電極，兩電極相距L0.700 m，其間充滿待測的自來水，器材如下：電壓表(量程15 V，內(nèi)阻約30 k)、電流表(量程300 A，內(nèi)阻約50 )、滑動變阻器(100 ，1 A)、電池組(電動勢E12 V，內(nèi)阻r6 )、單刀單擲開關(guān)一個、導(dǎo)線假設(shè)干表中是他測量通過管中自來水柱的電流及兩端電壓的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)中他還用20分度的游標(biāo)卡尺測量了玻璃管的內(nèi)徑，結(jié)果如下列圖U/A1.03.05.07.09.011.0I/A2265109155190240根據(jù)以上材料請答復(fù)下面的問題：(1)玻璃管內(nèi)徑D的測量值為_cm；(2)根據(jù)表中數(shù)據(jù)中以下列圖坐標(biāo)中作出UI圖象，根據(jù)圖象求出電阻R_；(3)用直接測量