高中物理 第二章 恒定電流 實(shí)驗(yàn)：測(cè)定金屬的電阻率 新人教版必修2

實(shí)驗(yàn)：測(cè)定金屬的電阻率第二章恒定電流學(xué)科素養(yǎng)與目標(biāo)要求物理觀念：物理觀念：掌握測(cè)定金屬電阻率的實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)器材.科學(xué)探究：科學(xué)探究：了解本實(shí)驗(yàn)需要測(cè)的物理量及所用的器材和方法；能進(jìn)行分組分層、自主合作探究，能綜合信息進(jìn)行數(shù)據(jù)處理.科學(xué)思維：科學(xué)思維：進(jìn)一步掌握用伏安法測(cè)電阻的電路的設(shè)計(jì)思想，會(huì)根據(jù)不同情況設(shè)計(jì)電路圖.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：在實(shí)驗(yàn)過程中保持很好地交流、合作，準(zhǔn)確記錄數(shù)據(jù)，認(rèn)真進(jìn)行數(shù)據(jù)處理.內(nèi)容索引題型演練學(xué)以致用 實(shí)訓(xùn)演練達(dá)標(biāo)檢測(cè)檢測(cè)評(píng)價(jià) 達(dá)標(biāo)過關(guān)技能儲(chǔ)備明確原理 提煉方法技能儲(chǔ)備1.實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理(1)把金屬絲接入電路中，用伏安法測(cè)金屬絲的電阻R(R ).電路原理圖如圖1所示.(2)用 測(cè)出金屬絲的長(zhǎng)度l，用_測(cè)出金屬絲的直徑d，算出橫截面積S(S ).圖1毫米刻度尺螺旋測(cè)微器(3)由電阻定律R ，得 ，求出電阻率.2.實(shí)驗(yàn)器材實(shí)驗(yàn)器材螺旋測(cè)微器、 、電壓表、電流表、開關(guān)及導(dǎo)線、待測(cè)金屬絲、電池、 .毫米刻度尺滑動(dòng)變阻器3.實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟(1)測(cè)直徑：用螺旋測(cè)微器在待測(cè)金屬絲上三個(gè)不同位置各測(cè)一次直徑，并記錄.(2)連電路：按如圖1所示的電路圖連接實(shí)驗(yàn)電路.(3)量長(zhǎng)度：用 測(cè)量接入電路中的待測(cè)金屬絲的有效長(zhǎng)度，重復(fù)測(cè)量3次，并記錄.(4)求電阻：把滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭調(diào)節(jié)到使接入電路中的電阻值 的位置，電路經(jīng)檢查確認(rèn)無誤后，閉合開關(guān)S.改變滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)觸頭的位置，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)拆除實(shí)驗(yàn)電路，整理好實(shí)驗(yàn)器材.圖1毫米刻度尺最大4.數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理電阻R的數(shù)值可用以下兩種方法確定：計(jì)算法：利用每次測(cè)量的U、I值分別計(jì)算出電阻，再求出電阻的 作為測(cè)量結(jié)果.圖象法：可建立IU坐標(biāo)系，將測(cè)量的U、I值描點(diǎn)作出圖象，利用圖象的 來求出電阻值R.平均值斜率5.注意事項(xiàng)注意事項(xiàng)(1)因一般金屬絲電阻較小，為了減少實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)誤差，必須選擇電流表 法；(2)本實(shí)驗(yàn)若用限流式接法，在接通電源之前應(yīng)將滑動(dòng)變阻器調(diào)到阻值 狀態(tài).(3)測(cè)量l時(shí)應(yīng)測(cè)接入電路的金屬絲的 長(zhǎng)度(即兩接線柱之間的長(zhǎng)度)；在金屬絲的3個(gè)不同位置上用螺旋測(cè)微器測(cè)量直徑d.(4)電流不宜過 (電流表用00.6 A量程)，通電時(shí)間不宜 ，以免電阻率因溫度升高而變化.外接最大有效大太長(zhǎng)題型演練例例1在“探究電阻與長(zhǎng)度、橫截面積的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，用刻度尺測(cè)量金屬絲直徑時(shí)的刻度位置如圖2所示，金屬絲的匝數(shù)為39，用米尺測(cè)出金屬絲的長(zhǎng)度L，金屬絲的電阻大約為5 ，先用伏安法測(cè)出金屬絲的電阻R，然后用控制變量法探究電阻與導(dǎo)體長(zhǎng)度、橫截面積的關(guān)系.解析 答案一、實(shí)驗(yàn)原理及操作圖2(1)從圖中讀出金屬絲的直徑為 mm.0.649(0.6470.651均可)解析 答案(2)為此取來兩節(jié)新的干電池、開關(guān)和若干導(dǎo)線及下列器材：A.電壓表03 V，內(nèi)阻約10 kB.電壓表015 V，內(nèi)阻約50 kC.電流表00.6 A，內(nèi)阻約0.05 D.電流表03 A，內(nèi)阻約0.01 E.滑動(dòng)變阻器，010 F.滑動(dòng)變阻器，0100 要求較準(zhǔn)確地測(cè)出其阻值，電壓表應(yīng)選 ，電流表應(yīng)選 ，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選 .(填序號(hào))ACE解析解析因?yàn)閮晒?jié)干電池的電動(dòng)勢(shì)是3 V，故用3 V量程的電壓表A；因?yàn)榻饘俳z的電阻大約為5 ，如果把3 V的電動(dòng)勢(shì)全加在金屬絲上，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(dòng)變阻器E.答案實(shí)驗(yàn)中某同學(xué)的實(shí)物連線如圖3所示，請(qǐng)指出該同學(xué)實(shí)物連線中的兩處明顯錯(cuò)誤.圖3錯(cuò)誤a： ；錯(cuò)誤b： .導(dǎo)線連接在滑動(dòng)變阻器的滑片上采用了電流表內(nèi)接法例例2在“測(cè)定金屬的電阻率”實(shí)驗(yàn)中，所用測(cè)量?jī)x器均已校準(zhǔn).待測(cè)金屬絲接入電路部分的長(zhǎng)度約為50 cm.二、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理(1)用螺旋測(cè)微器測(cè)量金屬絲的直徑，其中某一次測(cè)量結(jié)果如圖4所示，其讀數(shù)應(yīng)為 mm(該值接近多次測(cè)量的平均值).解析解析螺旋測(cè)微器的讀數(shù)為0 mm39.80.01 mm0.398 mm.0.398(0.3950.399均正確)圖4解析 答案(2)用伏安法測(cè)金屬絲的電阻Rx.實(shí)驗(yàn)所用器材為電池組(電動(dòng)勢(shì)3 V)、電流表(內(nèi)阻約0.1 )、電壓表(內(nèi)阻約3 k)、滑動(dòng)變阻器R(020 ，額定電流2 A)、開關(guān)、導(dǎo)線若干.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(cè)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(cè)量Rx是采用圖5中的 圖(選填“甲”或“乙”).圖5甲解析解析由實(shí)驗(yàn)記錄的數(shù)據(jù)可知Rx的阻值大約為5 .由題知RxRV，故電流表外接.若滑動(dòng)變阻器接為限流式接法，電路中最小電流值Imin 0.12 A，則Rx兩端的電壓最小值UminIminRx0.6 V，而從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知Rx兩端電壓可為0.10 V，因此滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓式接法.解析 答案解析 答案(3)圖6是測(cè)量Rx的實(shí)驗(yàn)器材實(shí)物圖，圖中已連接了部分導(dǎo)線，滑動(dòng)變阻器的滑片P置于變阻器的一端.請(qǐng)根據(jù)(2)所選的電路圖，補(bǔ)充完成圖中實(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.圖6答案答案見解析圖解析解析實(shí)物圖如圖甲所示甲解析 答案(4)這個(gè)小組的同學(xué)在坐標(biāo)紙上建立U、I坐標(biāo)系，如圖7所示，圖中已標(biāo)出了與測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的4個(gè)坐標(biāo)點(diǎn).請(qǐng)?jiān)趫D中標(biāo)出第2、4、6次測(cè)量數(shù)據(jù)的坐標(biāo)點(diǎn)，并描繪出UI圖線.由圖線得到金屬絲的阻值Rx (保留兩位有效數(shù)字).圖7答案答案見解析圖4.4(4.34.7均可)解析解析圖線應(yīng)過原點(diǎn)，選盡可能多的點(diǎn)連成一條直線，不在直線上的點(diǎn)均勻分布在直線兩側(cè)，明顯偏離的點(diǎn)應(yīng)舍去，如圖乙所示.乙圖線的斜率反映了金屬絲的電阻，因此金屬絲的電阻值Rx4.4 .解析 (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(hào)).A.1102 m B.1103 mC.1106 m D.1108 m答案(6)任何實(shí)驗(yàn)測(cè)量都存在誤差，本實(shí)驗(yàn)所用測(cè)量?jī)x器均已校準(zhǔn)，下列關(guān)于誤差的說法中正確的是 (有多個(gè)正確選項(xiàng)).A.用螺旋測(cè)微器測(cè)量金屬絲直徑時(shí)，由讀數(shù)引起的誤差屬于系統(tǒng)誤差B.由電流表和電壓表內(nèi)阻引起的誤差屬于偶然誤差C.若將電流表和電壓表的內(nèi)阻計(jì)算在內(nèi)，可以消除由測(cè)量?jī)x表引起的系 統(tǒng)誤差D.用UI圖象處理數(shù)據(jù)求金屬絲電阻可以減小偶然誤差解析解析系統(tǒng)誤差是由儀器的某些不完善或?qū)嶒?yàn)方法不夠完善等產(chǎn)生的，其測(cè)量結(jié)果總是偏大或偏??；偶然誤差具有隨機(jī)性，可以通過多次測(cè)量取平均值或圖象法來減小偶然誤差.解析 答案達(dá)標(biāo)檢測(cè)現(xiàn)在要測(cè)量一段電阻絲的電阻率，其阻值Rx約為0.5 ，允許通過的最大電流為0.5 A.現(xiàn)有如下器材可供選擇：電流表A(量程0.6 A，內(nèi)阻約為0.6 )電壓表V(量程3 V，內(nèi)阻約為3 k)待測(cè)電阻絲Rx(阻值約為0.5 )標(biāo)準(zhǔn)電阻R0(阻值5 )滑動(dòng)變阻器R1(5 ，2 A)滑動(dòng)變阻器R2(200 ，1.5 A)直流電源E(E6 V，內(nèi)阻不計(jì))開關(guān)S、導(dǎo)線若干(1)圖為四位同學(xué)分別設(shè)計(jì)的測(cè)量電路的一部分，你認(rèn)為合理的是 ；解析 答案(2)實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器應(yīng)該選擇 (選填“R1”或“R2”)，并采用_接法；解析解析滑動(dòng)變阻器若選用R2并采用限流式接法，調(diào)控范圍小，操作不便，而電源內(nèi)阻不計(jì)，不用考慮大電流時(shí)電源電動(dòng)勢(shì)的變化，因而選擇R1，并采用分壓式接法.解析 答案R1分壓式(3)根據(jù)你在(1)(2)中的選擇，在圖8甲上完成實(shí)驗(yàn)電路的連接；解析 答案圖8答案答案見解析圖解析解析根據(jù)測(cè)量電路圖和滑動(dòng)變阻器的分壓式接法，實(shí)物連線如圖所示.解析 答案(4)實(shí)驗(yàn)中，如果兩電表的讀數(shù)分別為U和I，測(cè)得拉直后電阻絲的長(zhǎng)度為L(zhǎng)、直徑為D，則待測(cè)電阻絲的電阻率的計(jì)算式為 ；解析 答案(5)用螺旋測(cè)微器測(cè)量待測(cè)電阻絲的直徑時(shí)讀數(shù)如圖乙所示，則該電阻絲的直徑D .1.205(0.002) mm解析解析螺旋測(cè)微器的讀數(shù)為1 mm0.0120.5 mm1.205 mm.