高考物理一輪復習 第7單元恒定電流第3講 實驗：測定金屬的電阻率(同時練習使用螺旋測微器) 描繪小電珠的伏安特性曲線課件 新人教版

第3講實驗:測定金屬的電阻率(同時練習使用螺旋測微器)描繪小電珠的伏安特性曲線知識建構(gòu)技能建構(gòu)1.掌握電流表、電壓表和滑動變阻器的使用方法及電流表和電壓表的讀數(shù)方法.一、實驗目的(一)測定金屬的電阻率(同時練習使用螺旋測微器)知識建構(gòu)技能建構(gòu)3.會用伏安法測電阻,進一步測定金屬的電阻率.二、實驗原理2.掌握螺旋測微器及游標卡尺的原理及讀數(shù)方法.知識建構(gòu)技能建構(gòu)(1)螺旋測微器的構(gòu)造如圖所示是常用的螺旋測微器.它的小砧A和固定刻度S固定在框架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.1.螺旋測微器的構(gòu)造原理及讀數(shù)知識建構(gòu)技能建構(gòu)(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. 知識建構(gòu)技能建構(gòu)(3)讀數(shù):測量時被測物體長度的整數(shù)毫米數(shù)由固定刻度讀出,小數(shù)部分由可動刻度讀出.測量值(毫米)=固定刻度數(shù)(毫米)(注意半毫米刻線是否露出)+可動刻度數(shù)(估讀一位)0.01(毫米)知識建構(gòu)技能建構(gòu) 內(nèi)接法外接法電路圖誤差原因電流表分壓U測=Ux+UA電壓表分流I測=Ix+IV電阻測量值R測=Rx+RA測量值大于真實值R測=Rx測量值小于真實值適用條件RARxRVRxUI測測UI測測VVxRRR(1)電流表的內(nèi)接法和外接法的比較2.伏安法測電阻知識建構(gòu)技能建構(gòu)口訣大內(nèi)偏大(大電阻用電流表內(nèi)接法測量,測量值偏大)小外偏小(小電阻用電流表外接法測量,測量值偏小)知識建構(gòu)技能建構(gòu)(2)伏安法測電阻兩種電路的選擇阻值比較法:先將待測電阻的估計值與電壓表、電流表內(nèi)阻進行比較,若Rx較小,宜采用電流表外接法;若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”.臨界值計算法:Rx 時,用電流表內(nèi)接法.VAR RVAR R知識建構(gòu)技能建構(gòu)3.電阻率的測定原理知識建構(gòu)技能建構(gòu)三、實驗器材毫米刻度尺,螺旋測微器,直流電流表和直流電壓表,滑動變阻器,直流電源,開關(guān),被測金屬絲,導線若干.知識建構(gòu)技能建構(gòu)1.求導線橫截面積S,在準備好的金屬絲上三個不同位置用螺旋測微器各測一次直徑,求出其平均值d,S=.2d4四、實驗步驟2.按照原理圖(如圖所示)連好用伏安法測電阻的實驗電路.知識建構(gòu)技能建構(gòu)4.把滑動變阻器調(diào)到接入電路中的電阻值最大的位置,檢查無誤后,閉合開關(guān)S,改變滑動變阻器滑動片的位置,讀出幾組相應的電流值和電壓值記錄在表格中,斷開S,求出導線電阻Rx的平均值.次數(shù)UIRR平均值1 2 3 3.用毫米刻度尺測量接入電路的金屬絲長度(即有效長度),反復測量三次,求出平均值l.知識建構(gòu)技能建構(gòu)1.在求Rx的平均值時可用兩種方法5.整理儀器.五、數(shù)據(jù)處理(1)第一種是用Rx=算出各次的數(shù)值,再取平均值.UI知識建構(gòu)技能建構(gòu)2.計算電阻率:將記錄的數(shù)據(jù)Rx、l、d的值,代入電阻率計算公式=Rx= .六、誤差分析Sl2d U4lI(2)第二種是用U-I圖線的斜率求出.知識建構(gòu)技能建構(gòu)2.測量電路中電流表及電壓表對電阻測量的影響,因為電流表外接,所以R測R真,由R=,知測真.lS1.金屬絲直徑、長度的測量帶來誤差.3.通電電流過大,時間過長,致使電阻絲發(fā)熱,電阻率隨之變化帶來誤差.七、注意事項知識建構(gòu)技能建構(gòu)(1)測量前須校對零點:先使小砧A與測微螺桿P并攏,觀察可動刻度零刻度線與固定刻度的軸向線是否重合,以及可動刻度的邊緣與固定刻度的零刻度線是否重合,不重合時,用存放螺旋測微器盒中的工具調(diào)節(jié),直到完全重合為止.1.螺旋測微器的使用知識建構(gòu)技能建構(gòu)(2)測量時,當測微螺桿P將要接觸被測物體時,要停止使用旋鈕K,改用微調(diào)旋鈕K,以避免P和被測物體間產(chǎn)生過大的壓力.這樣,既可以保護儀器,又能保證測量結(jié)果準確.當聽到“咔、咔”聲后,止動,即可讀數(shù).(3)螺旋測微器應估讀一位,即以mm作單位,應讀到小數(shù)點后面第三位.知識建構(gòu)技能建構(gòu)2.測定金屬的電阻率(4)為防止讀出的數(shù)據(jù)出現(xiàn)差錯.可在讀數(shù)前估計大概讀數(shù)值,若發(fā)現(xiàn)最后讀數(shù)與開始估計數(shù)值相差較大,立即檢查出錯原因,如半毫米刻線是否露出.(1)為了方便,測量直徑應在導線連入電路前進行,為了準確測量金屬絲的長度,應該在連入電路之后在拉直的情況下進行.知識建構(gòu)技能建構(gòu)(3)開關(guān)S閉合前,滑動變阻器的阻值要調(diào)至最大.(2)本實驗中被測金屬絲的電阻值較小,故須采用電流表外接法.(4)電流不宜太大(電流表用00.6 A量程),通電時間不宜太長,以免金屬絲溫度升高,導致電阻率在實驗過程中變大.知識建構(gòu)技能建構(gòu)(5)實驗連線時,應先從電源的正極出發(fā),依次將電源,開關(guān),電流表,待測金屬絲,滑動變阻器連成干路,然后再把電壓表并聯(lián)在待測金屬絲的兩端.八、實驗改進 在本實驗中，由于電表內(nèi)電阻的影響，從而使金屬導線電阻測量值偏小，可以改進實驗電路，消除由于電表內(nèi)阻的影響而帶來的實驗差。知識建構(gòu)技能建構(gòu)1.等效替換法連接電路如圖甲所示R為電阻箱,Rx為待測電阻,通過調(diào)節(jié)電阻箱R,使單刀雙擲開關(guān)S分別接1和2時,若電流表中的電流示數(shù)相同,就表明Rx=R,即可測出Rx.知識建構(gòu)技能建構(gòu)2.附加電阻法連接電路如圖乙所示,R1為一阻值較大的固定電阻,Rx為待測電阻.(1)S2斷開,閉合S1調(diào)節(jié)變阻器R,使電流表、電壓表都有一個適當讀數(shù),記下兩表讀數(shù)I1、U1.(2)保持變阻器R不變,再閉合S2,記下兩表的讀數(shù)I2、U2.(3)待測電阻Rx=-.11UI22UI知識建構(gòu)技能建構(gòu)一、儀器的選取和實物圖的連接知識建構(gòu)技能建構(gòu) 例1在“測定金屬絲電阻率”實驗中,若粗測金屬絲的電阻Rx約為3 ,為盡可能減小誤差,要求金屬絲發(fā)熱功率P0.75 W,知識建構(gòu)技能建構(gòu)(1)下述器材中應選用的是 (用字母代替).A.6 V電池組B.電流表(00.6 A,內(nèi)阻0.5 )C.電流表(03 A,內(nèi)阻0.01 )D.電壓表(03 V,內(nèi)阻1 k)E.電壓表(015 V,內(nèi)阻5 k)F.滑動變阻器(0100 ,額定電流1 A)G.滑動變阻器(020 ,額定電流1 A)知識建構(gòu)技能建構(gòu)(2)實驗中用螺旋測微器測量導線直徑時,可估讀到 mm,用毫米刻度尺測量導線長度時,可估讀到 mm. (3)在框內(nèi)畫出電路圖;知識建構(gòu)技能建構(gòu)(4)在圖甲中,將各器材連成實驗電路.甲知識建構(gòu)技能建構(gòu)【名師點金】本題考查實驗儀器的選擇、螺旋測微器的讀數(shù)、實驗原理和實物圖的連接及作圖能力.使用刻度尺與螺旋測微器等測量時,要首先確定儀器的精度,確定是否估讀;電學實驗中,根據(jù)實驗和題目給定的已知數(shù)據(jù)來選擇合適的電流表和電壓表以及確定電流表的內(nèi)外接法;滑動變阻器的限流與分壓,依據(jù)讀數(shù)準確原則和操作方便的原則.知識建構(gòu)技能建構(gòu)【規(guī)范全解】(1)P100 mA,故電流表應選.【名師點金】電壓表、電流表的選擇主要考慮安全原則和精確原則,滑動變阻器的選擇一般考慮安全原則和方便原則.知識建構(gòu)技能建構(gòu)(2)因為要求小電珠上的電壓從0開始增大,應選用分壓電路;而小電珠正常工作時R燈=13 RV=5 k,故電流表應選擇外接法,其實驗電路如圖丙所示.丙UI3.80.3知識建構(gòu)技能建構(gòu)(3)在I-U圖象中,圖線斜率逐漸減小,小電珠的R逐漸增大;由P=知在P-U2圖象中,圖線的斜率應逐漸減小,故B正確;由P=I2R在P-I2圖象中圖線斜率R應逐漸增大,故D正確.【答案】(1)R1 (2)如圖丙所示 (3)BD 2UR1R知識建構(gòu)技能建構(gòu) 例2表格中所列數(shù)據(jù)是測量小電珠U-I關(guān)系的實驗數(shù)據(jù): U(V)0.00.20.51.01.52.02.53.0I(A)0.0000.0500.1000.1500.1800.1950.2050.215二、實驗數(shù)據(jù)的處理知識建構(gòu)技能建構(gòu)(1)分析表格內(nèi)實驗數(shù)據(jù)可知,應選用的實驗電路圖是圖中的 (選填“甲”或“乙”).知識建構(gòu)技能建構(gòu)知識建構(gòu)技能建構(gòu)(2)在圖丙所示的方格紙內(nèi)畫出小電珠的U-I曲線.分析曲線可知小電珠的電阻值隨I變大而 (選填“變大”、“變小”或“不變”).(3)如圖丁所示,用一個定值電阻R和兩個上述小電珠組成串并聯(lián)電路,連接到內(nèi)阻不計、電動勢為3 V的電源上.已知流過電阻R的電流是流過電珠L2電流的兩倍,則流過電珠L1的電流約為 A. 知識建構(gòu)技能建構(gòu)【名師點金】描點后要用平滑的曲線連線;求解圖丁電路時,根據(jù)兩燈的電流關(guān)系和電壓之和,采用逼近法從圖中讀出兩燈的電壓和電流.【規(guī)范全解】(1)從表中數(shù)據(jù)可看出,電珠兩端電壓可以從零開始調(diào)節(jié),這說明滑動變阻器應選用分壓接法,故應選用圖甲.知識建構(gòu)技能建構(gòu)(2)在方格紙上根據(jù)U-I數(shù)據(jù)描點、連線,其U-I圖象如圖戊所示.隨U和I的增大,圖線上各點與坐標原點連線的斜率越來越大,故其電阻變大.戊知識建構(gòu)技能建構(gòu)(3)因流過電阻R的電流是流過電珠L2電流的兩倍,則流過燈L1的電流是流過燈L2電流的3倍,而燈L1、L2兩端的電壓之和為3 V,在(2)描出的U-I圖象中,找出一個電流I對應的電壓U1,再找出3I對應的電壓U2,直到U1+U2=3 V為止.最后得出結(jié)果,流過電珠L1的電流為0.21 A.【答案】(1)甲 (2)U-I圖線如圖戊所示變大 (3)0.21知識建構(gòu)技能建構(gòu)高考真題1 (2011年高考浙江理綜卷)在“探究導體電阻與其影響因素的定量關(guān)系”實驗中,為了探究3根材料未知、橫截面積均為S=0.20 mm2的金屬絲a、b、c的電阻率,采用如圖甲所示的實驗電路.M為金屬絲c的左端點,O為金屬絲a的右端點,P是金屬絲上可移動的接觸點.在實驗過程中,電流表讀數(shù)始終為I=1.25 A,電壓表讀數(shù)U隨OP間距離的變化如下表:甲知識建構(gòu)技能建構(gòu)x/mmU/Vx/mmU/V6003.957004.508005.109005.9010006.5012006.6514006.8216006.9318007.0220007.1521007.8522008.5023009.0524009.75知識建構(gòu)技能建構(gòu)(2)求出金屬絲的電阻率,并進行比較.乙(1)在圖乙中繪出電壓表讀數(shù)U隨OP間距離x變化的圖線.知識建構(gòu)技能建構(gòu)【命題分析】本題考查學生處理數(shù)據(jù)的能力,要求學生以良好的實驗操作和數(shù)據(jù)處理為基礎(chǔ),根據(jù)被測物理量的性質(zhì)正確作圖,并得出結(jié)論.有利于引導學生認真、踏實地做好每一個實驗.【解析提示】根據(jù)電阻定律導出電阻率公式,用實驗已知量S、I、U、l表示.注意公式中U、l為某一段導體接入部分的電壓和接入長度,其中電壓與電壓表的示數(shù)不同.知識建構(gòu)技能建構(gòu)【規(guī)范全解】隨著P與O間距離的增大,電壓增大,接在電壓表兩端的電阻增大.當P一直向左移時,電壓表分別測量一根、兩根、三根金屬絲的電壓.圖象的第一段為a金屬絲的,第二段為a、b兩段金屬絲的, 第三段為a、b、c三段金屬絲的.知識建構(gòu)技能建構(gòu)(1)圖象如圖丙所示.丙知識建構(gòu)技能建構(gòu)(2)= a= m=1.0210-6 mb= m=1.0410-8 mc= m=1.0410-6 m通過計算可知,金屬絲a與c電阻率相同,遠大于金屬絲b的電阻率.【答案】見解析UISL62(6.503.95) 0.20 101.25 (10060) 1062(7.156.50)0.20 101.25 (200100) 1062(9.757.15) 0.20 101.25 (240200) 10知識建構(gòu)技能建構(gòu)考向預測1用伏安法測量電阻阻值R,并求出電阻率.某同學的測量電路如圖丙所示.給定電壓表、電流表、滑線變阻器、電源、開關(guān)、待測電阻及導線若干.知識建構(gòu)技能建構(gòu)(1)待測電阻是一均勻材料制成的金屬絲(橫截面為圓形),用尺測量其長度,用螺旋測微器測量其直徑,結(jié)果分別如圖甲和圖乙所示.由圖可知其長度為 cm,直徑為 mm.甲知識建構(gòu)技能建構(gòu)乙知識建構(gòu)技能建構(gòu)(2)閉合開關(guān)后,發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)為零、電壓表示數(shù)與電源電動勢相同,則發(fā)生故障的是 (填“待測金屬絲”、“滑動變阻器”或“開關(guān)”).知識建構(gòu)技能建構(gòu)(3)對照電路的實物連接在方框中畫出正確的電路圖.丙 知識建構(gòu)技能建構(gòu)(5)求出的電阻值R= (保留3位有效數(shù)字).(4)圖丁中的6個點表示實驗中測得的6組電流I、電壓U的值,請在圖中作出U-I圖線.知識建構(gòu)技能建構(gòu)(6)請根據(jù)以上測得的物理量寫出電阻率的表達式= .丁知識建構(gòu)技能建構(gòu)【解析】(1)金屬絲左端讀數(shù)0.00 cm,右端讀數(shù)59.40 cm,所以金屬絲長度為59.40 cm螺旋測微器讀數(shù)為(0+43.40.01) cm=0.434 cm.(2)電流表示數(shù)為零,說明電路發(fā)生斷路故障.電壓表有示數(shù),說明電壓表接線柱與對應的電源正(負)極之間連接完好,可知待測金屬絲沒有連接或發(fā)生斷路故障.知識建構(gòu)技能建構(gòu)(3)電路圖如圖戊所示.戊(4)作U-I直線,舍去左起第2點,其余5個點盡量靠近直線且均勻分布在直線兩側(cè).(圖略)知識建構(gòu)技能建構(gòu)(5)在U-I直線取離坐標原點較遠的點,如(2 V,0.345 A)由歐姆定律解得R= =5.80 .UI20.345(6)由電阻定律R=可得:= .lS2RD4l知識建構(gòu)技能建構(gòu)【答案】(1)59.40 cm(59.3959.41 cm) 0.434 mm(0.4330.435 mm)(2)待測金屬絲(3)如圖戊所示(4)作U-I直線,舍去左起第2點,其余5個點盡量靠近直線且均勻分布在直線兩側(cè)(圖略)(6) = 2RD4L(5)5.80 (5.606.00 )知識建構(gòu)技能建構(gòu)高考真題2 (2011年高考廣東物理卷)在“描繪小電珠的伏安特性曲線”實驗中,所用器材有:小電珠(2.5 V,0.6 W),滑動變阻器,多用電表,電流表,學生電源, 開關(guān),導線若干.粗測小電珠的電阻,應選擇多用電表 倍率的電阻擋(請?zhí)顚憽?”、“10”或“100”);調(diào)零后,將表筆分別與小電珠的兩極連接,示數(shù)如圖甲,結(jié)果為 .知識建構(gòu)技能建構(gòu)丙知識建構(gòu)技能建構(gòu)數(shù)據(jù)點abcdefU/V0.000.501.001.502.002.50I/A0.0000.1220.1560.1850.2160.244知識建構(gòu)技能建構(gòu)【解析提示】使用多用表歐姆擋測電阻時,應使指針指在中值附近以減小測量誤差;題目給定了原理圖,從正極出發(fā),按照電路圖順序,逐個把元件聯(lián)起來先主干后支干(分壓式),量程的選擇也要考慮.【命題分析】題目考查實驗電路中多用電表的使用(一些比較細致的實驗技巧)以及電珠的伏安特性曲線的相關(guān)問題,試題難度:較難.知識建構(gòu)技能建構(gòu)(3)為了保護電表和小電珠,開關(guān)閉合前,應將滑動變阻器的滑片置于a端,這樣閉合開關(guān)后,小電珠兩端的電壓為零.為使小電珠的亮度增加,P應由中點向b端滑動.【規(guī)范全解】(1)若測電阻時用“1”擋,電阻約為7.6 ;若用“10”擋,電阻約為0.7 ,則指針偏轉(zhuǎn)過小,讀數(shù)時,誤差較大,所以用“1”擋.知識建構(gòu)技能建構(gòu)(4)由圖表中數(shù)據(jù)可以看出,電壓等間隔地變化,ab間的電流變化的最大,所以應在ab間多測幾組數(shù)據(jù).【答案】(1)“1”擋 (2)如圖丁所示 (3)a bab丁知識建構(gòu)技能建構(gòu)(1)如圖甲是由某金屬材料制成的電阻R隨攝氏溫度t變化的圖象,若用該電阻與電池(電動勢E=1.5 V,內(nèi)阻不計)、電流表(量程為5 mA、內(nèi)阻不計)、電阻箱R 串聯(lián)起來,連接成如圖乙所示的電路,用該電阻做測溫探頭,把電流表的電流刻度改為相應的溫度刻度,就得到了一個簡單的“金屬電阻溫度計”.考向預測2 一些材料的電阻隨溫度的升高而變化.知識建構(gòu)技能建構(gòu)(2)某實驗小組研究一白熾燈兩端電壓與電流的關(guān)系,得到了如下表所示的一組數(shù)據(jù),并描繪出其I-U圖線如圖丁所示.丁戊U(V)00.92.43.65.47.210.214.4I(mA)045120170210230250265知識建構(gòu)技能建構(gòu)【解析】(1)電阻隨溫度的升高而增大,由閉合電路歐姆定律I= 知:電阻較小時,電流較大,對應的溫度較小.根據(jù)歐姆定律R= -R= -150 =150 由圖線知:R=R0+kt=100+ t=100+t代入解得:t=50 .ERREI1.50.005180100100知識建構(gòu)技能建構(gòu)(2)圖線上各點與坐標原點連線斜率的倒數(shù)為該狀態(tài)時的燈絲電阻.隨電壓增大,各點與坐標原點連線斜率逐漸減小,所以白熾燈的電阻隨電壓的增大而增大.如圖己所示.【答案】(1)較小50知識建構(gòu)技能建構(gòu)(2)增大如圖己所示己知識建構(gòu)技能建構(gòu)