2020届高考物理总复习 第8章 恒定电流 实验八 测定金属的电阻率课件 教科版

实验八测定金属的电阻率实验基础核心探究实验基础解读实验·萃取精华●注意事项1.螺旋测微器的使用(1)测量前须校对零点.(2)测量时,当测微螺杆将要接触被测物体时,要改用微调旋钮.(3)螺旋测微器应估读一位,即以mm作单位,应读到小数点后面第三位.2.游标卡尺读数时注意事项(1)看清精确度(2)主尺上的单位为厘米主尺上标识的1,2,3等数字通常是指厘米,游标卡尺主尺上的最小刻度是1mm.例如读数为(50+4×0.05)mm=50.20mm.(3)区分零刻度与游标尺最前端例如读数为(14+10×0.05)mm=14.50mm.3.电流表和电压表的读数(1)若刻度盘上每一小格为1,0.1,0.01,…时,需估读到最小刻度值的下一位.(2)若刻度盘上每一小格为2,0.2,0.02,5,0.5,0.05,…时,只需估读到最小刻度值的位数.4.伏安法测电阻的电路选择若VxRRAxRR,电流表用外接法;若VxRRAxRR,电流表用内接法.5.测定金属的电阻率(1)先测直径,再连电路.应该在连入电路之后在拉直的情况下测量待测金属丝接入电路的两个端点之间的长度.(2)本实验中被测金属丝的电阻值较小,故采用电流表外接法.(3)开关S闭合前,滑动变阻器的阻值要调至最大.(4)电流不宜太大(电流表用0～0.6A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.●误差分析1.测量金属丝直径、长度以及电流、电压带来误差.2.电路中电流表及电压表对电阻测量的影响,因为电流表外接,所以Rx测Rx真,由Rx=ρ,知ρ测ρ真.3.通电电流过大,时间过长,致使电阻丝发热,电阻率随之变化带来误差.lS核心探究通法悟道·拓宽思路探究点一基础性实验【典例1】(2017·湖南益阳期末)某实验小组在“测定金属丝电阻率”的实验过程中:(1)正确操作获得金属丝的直径以及电压表的读数如图所示,则它们的读数依次是mm,V.答案:(1)1.7002.25解析:(1)螺旋测微器读数为L=1.5mm+20.0×0.01mm=1.700mm,电压表读数为U=2.25V.(2)如图(甲)是测量电阻丝阻值的原理图,根据原理图在如图(乙)所示的实物图中画出连线.答案:(2)图见解析解析:(2)根据原理图在如图所示的实物图中画出连线如图所示.(3)利用上面的电路图测出的电阻值比真实值(填“偏大”或“偏小”),这种误差叫做系统误差.(4)若调节滑动变阻器,通过多次测量求平均值的方法得到电阻丝的阻值为R,请写出求电阻丝的电阻率的表达式为ρ=(L,d分别表示电阻丝长度、直径,结果用已知字母表示).解析:(3)此时电阻的测量值实际上是电阻和电压表内阻并联的总阻值,小于电阻的真实值.(4)由电阻定律可知,电阻丝电阻R=ρLS=ρ2π()2Ld,则电阻率ρ=2π4dRL.答案:(3)偏小(4)2π4dRL题组冲关1.(2017·福建三明期中)(1)在“测定金属丝的电阻率”的实验中,用螺旋测微器测量电阻丝的直径d.其中一次测量结果如图所示,则图中读数为d=mm.解析:(1)螺旋测微器的固定刻度读数为0.5mm,可动刻度读数为0.01×35.0mm=0.350mm,则最终读数为0.850mm.答案:(1)0.850(2)现用伏安法较准确的测一个阻值约为30kΩ的电阻,可供选用的实验仪器有A.电源(电动势3V,内阻约为0.5Ω)B.电源(电动势16V,内阻约为2Ω)C.电流表(量程0～1mA,内阻约为250Ω)D.电流表(量程0～500μA,内阻约为500Ω)E.电压表(量程0～3V,内阻约为10kΩ)F.电压表(量程0～15V,内阻约为50kΩ)G.滑动变阻器(阻值0～200Ω,额定电流1.0A)H.开关和导线若干①实验电路应选取的仪器是(用字母表示);②画出实验电路图.解析:(2)①为准确测量电阻阻值,应进行多次测量,测出多组实验数据,电源电动势应大一点,因此电源应选B(电动势16V,内阻2Ω);电源电动势是16V,量程为0～3V的电压表量程太小,因此电压表应选F(量程0～15V,内阻50kΩ);通过待测电阻的最大电流约为I=ER=0.0005A=0.5mA=500μA,因此电流表可以选D(量程0～500μA,内阻500Ω),所以实验电路应选取的仪器是BDFGH.②为了准确测出电阻阻值,应测出多组实验数据,因此滑动变阻器应采用分压接法;待测电阻阻值是30kΩ,电压表内阻是50kΩ,电流表内阻为500Ω,电流表内阻远小于待测电阻阻值,可以采用电流表内接法,实验电路图如图所示.答案:(2)①BDFGH②图见解析2.(2017·湖南娄底期中)测定一卷阻值约为30Ω的金属漆包线的长度,实验室提供下列器材:A.电流表A:量程0.6A,内阻RA约为20ΩB.电压表V:量程15V,内阻RV约为4kΩC.学生电源E:可提供0～30V直流电压D.滑动变阻器R1:阻值范围0～10ΩE.滑动变阻器R2:阻值范围0～500ΩF.开关S及导线若干(1)为了较准确地测量该漆包线的电阻,滑动变阻器应选择(选填“R1”或“R2”),并将方框中的电路图补画完整.解析:(1)题目中给出的电源电压为0～30V,而给出的电压表量程为15V,为了便于控制,采用滑动变阻器分压接法,故滑动变阻器选小电阻D(R1),电路图如图所示.答案:(1)R1(2)根据正确的电路图进行测量,某次实验中电压表与电流表的示数如图,则电压表的示数U为V,电流表的示数I为A.(3)已知这种漆包线金属丝的直径为d,材料的电阻率为ρ,则这一卷漆包线的长度L=(用U,I,d,ρ表示).解析:(2)电压表量程为15V,最小分度值为0.5V,故读数为13.5V,电流表量程为0.6A,最小分度值为0.02A,则指针示数为0.46A.(3)由电阻定律可知R=UI=ρLS=2π()2Ld,漆包线的长度L=2π4dUI.答案:(2)13.50.46(3)2π4dUI3.(2017·海南卷,12)某同学用伏安法测量待测电阻的阻值.现有器材为:待测电阻R(阻值约为5Ω)电源(电动势3V)滑动变阻器(阻值范围0～10Ω)电流表(量程0.6A,3A)电压表(量程3V,15V)开关,导线若干.实验要求在测量电路中将电流表外接,滑动变阻器起限流作用.回答下列问题:(1)按照实验要求在图(a)中画出实物连线图.解析:(1)因为电源电动势为3V,则电压表的量程选用3V,根据欧姆定律知,电流的最大值约为0.6A,则电流表量程选择0.6A,根据实物图进行连线,如图所示.答案:(1)图见解析(2)若已按实验要求接线,闭合开关后移动滑动变阻器的滑片,电压表的示数始终约为3V,电流表的示数始终接近0.写出产生这种现象的一个原因.解析:(2)闭合开关后移动滑动变阻器的滑片,电压表的示数始终约为3V,电流表的示数始终接近0,产生这种现象的原因是待测电阻R断路,由于电压表内阻非常大,导致电流表电流接近0,电压表电压测得是电源电压.答案:(2)待测电阻R断路(3)在连线正确后,闭合开关.电压表和电流表的示数分别如图(b)和图(c)所示.由图可知,电压表读数为V,电流表读数为A.由此可得待测电阻的阻值为Ω(结果保留3位有效数字).解析:(3)由图可知,电压表的读数为2.20V,电流表的读数为0.48A,根据欧姆定律得,待测电阻R=UI=2.200.48Ω≈4.58Ω.答案:(3)2.200.484.58探究点二创新性实验电阻测量的五种方法1.安安法若电流表内阻已知,则可将其当做电流表、电压表以及定值电阻来使用.(1)如图(甲)所示,当两电流表所能测得的最大电压接近时,如果已知○A1的内阻R1,则可测得○A2的内阻R2=112IRI.(2)如图(乙)所示,当两电流表的满偏电压UA2≫UA1时,如果已知○A1的内阻R1,○A1串联一定值电阻R0后,同样可测得○A2的内阻R2=1102()IRRI.2.伏伏法若电压表内阻已知,则可将其当做电流表、电压表和定值电阻来使用.(1)如图(甲)所示,两电压表的满偏电流接近时,若已知○V1的内阻R1,则可测出○V2的内阻R2=21UUR1.(2)如图(乙)所示,两电压表的满偏电流IV1≪IV2时,若已知○V1的内阻R1,○V1并联一定值电阻R0后,同样可得○V2的内阻R2=21110UUURR.3.等效法测电阻如图所示,先让待测电阻与一电流表串联后接到电动势恒定的电源上,读出电流表示数I;然后将电阻箱与电流表串联后接到同一电源上,调节电阻箱的阻值,使电流表的示数仍为I,则电阻箱的读数即等于待测电阻的阻值.4.电桥法测电阻其测量电路如图所示,实验中调节电阻箱R3,当A,B两点的电势相等时,R1和R3两端的电压相等,设为U1.同时R2和Rx两端的电压也相等,设为U2.根据欧姆定律有11UR=22UR,13UR=2xUR.由以上两式解得R1×Rx=R2×R3.这就是电桥平衡的条件,可求出被测电阻Rx的阻值.5.半偏法测电表内阻(1)半偏法测电流表内阻方法一:电路图如图所示,测量电流表○A的内阻,操作步骤:①断开S2,闭合S1,调节R1,使电流表读数等于其量程Im;②保持R1不变,闭合S2,调节R2,使电流表读数等于12Im,然后读出R2的值,若满足R1≫RA,则可认为RA=R2.误差分析:当闭合S2时,总电阻减小,总电流增大,大于原电流表的满偏电流,而此时电流表半偏,所以流经R2的电流比电流表所在支路的电流大,R2的电阻比电流表的电阻小,而我们把R2的读数当成电流表的内阻,故测得的电流表的内阻偏小.方法二:如图所示,测量电流表○G的内阻,操作步骤:①将电阻箱R的电阻调到零;②闭合S,调节R0,使○G达到满偏I0;③保持R0不变,调节R,使○G示数为02I;④由上可得RG=R.(2)半偏法测电压表内阻方法一:如图所示,测量电压表○V的内阻,操作步骤:①闭合S,调节电阻箱阻值为R1时,测得○V示数为U1;②改变电阻箱阻值为R2时,测得○V示数为12U;③得RV=R2-2R1.方法二:如图所示,测量电压表○V的内阻,操作步骤:①将R2的值调为零,闭合S,调节R1的滑动触头,使电压表读数等于其量程Um;②保持R1的滑动触头不动,调节R2,使电压表读数等于12Um,然后读出R2的值,若R1≪RV,则可认为RV=R2.误差分析:当R2的值由零逐渐增大时,R2与电压表两端的电压是也将逐渐增大,因此电压表读数等于12Um时,R2两端的电压将大于12Um,使R2RV,从而造成RV的测量值偏大.显然半偏法则电压表内阻适于测量内阻较大的电压表的电阻.高考创新实验例析【典例2】(2017·全国Ⅱ卷,23)某同学利用如图(a)所示的电路测量一微安表(量程为100μA,内阻大约为2500Ω)的内阻.可使用的器材有:两个滑动变阻器R1,R2(其中一个阻值为20Ω,另一个阻值为2000Ω);电阻箱Rz(最大阻值为99999.9Ω);电源E(电动势约为1.5V);单刀开关S1和S2.C,D分别为两个滑动变阻器的滑片.(1)按原理图(a)将图(b)中的实物连线.解析:(1)实物连线如图所示.答案:(1)图见解析(2)完成下列填空:①R1的阻值为Ω(填“20”或“2000”).②为了保护微安表,开始时将R1的滑片C滑到接近图(a)中滑动变阻器的.端(填“左”或“右”)对应的位置;将R2的滑片D置于中间位置附近.③将电阻箱Rz的阻值置于2500.0Ω,接通S1.将R1的滑片置于适当位置,再反复调节R2的滑片D的位置,最终使得接通S2前后,微安表的示数保持不变,这说明S2接通前B与D所在位置的电势(填“相等”或“不相等”).④将电阻箱Rz和微安表位置对调,其他条件保持不变,发现将Rz的阻值置于2601.0Ω时,在接通S2前后,微安表的示数也保持不变.待测微安表的内阻为.Ω(结果保留到个位).解析:(2)①如题图(a),R1为分压式接法,故选择较小的20Ω电阻即可;②实验开始时,为保护微安表,应使R1的滑片在最左端,使流过微安表的电流为零;③断开、闭合开关S2,微安表示数不变,说明流过