高考物理总复习实验测定金属的电阻率课件

实验8测定金属的电阻率栏目导航123抓知识点抓重难点课时跟踪检测抓知识点用心研读领悟细微深处1[实验原理与操作][数据处理与分析][数据处理]1．在求Rx的平均值时可用两种方法：(1)第一种是用Rx＝UI算出各次的数值，再取平均值．(2)第二种是用U­I图线的斜率求出．2．计算电阻率：将记录的数值U、I、l、d的值代入电阻率计算公式ρ＝RxSl＝πd2U4lI.[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＝ρlS，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．[注意事项]1．先测直径，再连电路：为了方便，测量直径时应在金属丝连入电路之前测量．2．电流表外接法：本实验中被测金属丝的阻值较小，故采用电流表外接法．3．电流控制：电流不宜过大，通电时间不宜过长，以免金属丝温度过高，导致电阻率在实验过程中变大．抓重难点动手演练掌握提分技巧2重难点1电阻率的测量及实物连线(2014年山东卷)实验室购买了一捆标称长度为100m的铜导线，某同学想通过实验测定其实际长度．该同学首先测得导线横截面积为1.0mm2，查得铜的电阻率为1.7×10－8Ω·m，再利用如图1甲所示电路测出铜导线的电阻Rx，从而确定导线的实际长度．例1图1可供使用的器材有：电流表：量程0.6A，内阻约0.2Ω；电压表：量程3V，内阻约9kΩ；滑动变阻器R1：最大阻值5Ω；滑动变阻器R2：最大阻值20Ω；定值电阻：R0＝3Ω；电源：电动势6V，内阻可不计；开关、导线若干．回答下列问题：(1)实验中滑动变阻器应选________(填“R1”或“R2”)，闭合开关S前应将滑片移至________端(填“a”或“b”)．(2)在实物图2中，已正确连接了部分导线，请根据图1甲电路完成剩余部分的连接．图2(3)调节滑动变阻器，当电流表的读数为0.50A时，电压表示数如图1乙所示，读数为________V.(4)导线实际长度为________m(保留两位有效数字)．【解析】(1)因控制电路是限流式接法，而测量电路总电阻在3.0Ω以上，为使测量电路有较大的调节范围，滑动变阻器应选用总阻值较大的R2.为了保证开关闭合时电路的安全，应使滑动变阻器接入电路中的阻值最大，即开关闭合前滑片应置于a端．(2)见答案图．(3)由于电压表量程0～3V，分度值为0.1V，故读数为2.30V.(4)测量电路的总阻值R0＋Rx＝UI＝4.60Ω，则Rx＝1.60Ω，由R＝ρlS可知，l＝RSρ＝1.60×1.0×10－61.7×10－8m≈94m.【答案】(1)R2a(2)如图所示(3)2.30(2.29、2.31均正确)(4)94(93、95均正确)1．仪器选择的一般步骤(1)首先选择唯一性的器材；(1)粗画电路图(暂不接电流表和电压表)；(3)估算回路中电流和电压的最大值，在电表的指针有较大幅度的偏转但不超过其量程的情况下，结合已知器材的规格，确定实验电路和实验器材．2．实物图连线的基本原则对限流式电路，一般是从电源的正极开始，把电源、开关、滑动变阻器以及测量电路顺次连接起来即可．对分压式电路，应先将电源、开关和滑动变阻器的全部电阻用导线连接起来，然后在滑动变阻器上金属杆两端的接线柱中任选一个，依据电路中电流的流向将测量电路部分连接起来即可．提分秘笈要测量一段阻值大约为5Ω的均匀金属丝的电阻率，除刻度尺、螺旋测微器、电源E(电动势为3V，内阻约为0.5Ω)、最大阻值为20Ω的滑动变阻器R、开关一只、导线若干外，还有电流表和电压表各两只供选择：A1(量程1A、内阻约为1Ω)、A2(量程0.6A、内阻约为2Ω)、V1(量程3.0V、内阻约为1000Ω)、V2(量程15V、内阻约为3000Ω)．跟踪训练(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径，如图1所示，则金属丝的直径为________mm.(2)为了使测量有尽可能高的精度，电流表应选________，电压表应选________．(3)实验电路已经画出了一部分，如图2所示，但尚未完整，请将该电路完整地连接好(Rx表示待测电阻)．(4)若用刻度尺测得金属丝的长度为L，用螺旋测微器测得金属丝的直径为d，电流表的读数为I，电压表的读数为U，则该金属丝的电阻率表达式为ρ＝________.解析：(1)由螺旋测微器的读数规则可得，该金属丝的直径为0.5mm＋35.0×0.01mm＝0.850mm.(2)因电源的电动势为3V，所以电压表应选V1，因待测金属丝的电阻约为5Ω，所以流过电流表的最大电流约为I＝UR＝35A＝0.6A，所以电流表应选A2.(3)因为金属丝的电阻约为5Ω，与电流表A2的内阻相差不多，因此采用电流表内接法误差较大，所以应采用电流表外接法，电路图如图所示．(4)R＝UI，R＝ρLS，S＝πd22，以上三式联立可得ρ＝πUd24LI.答案：(1)0.850(2)A2V1(3)图见解析(4)πUd24LI重难点2实验的拓展与创新(电阻的测量方法)方法1伏安法测电阻伏安法测电阻是电学实验的基础，是高考考查的热点，也是难点．它渗透在电学实验的各个环节中，如测未知电阻、测电阻率、测各种电表内阻等．本质上都是伏安法测电阻在不同情景下的具体应用．主要涉及电压表、电流表的选择以及实物连线等．某同学测量阻值约25kΩ的电阻Rx，现备有下列器材：A．电流表(量程100μA，内阻约2kΩ)；B．电流表(量程500μA，内阻约300Ω)；C．电压表(量程15V，内阻约100kΩ)；D．电压表(量程50V，内阻约500kΩ)；E．直流电源(20V，允许最大电流1A)；F．滑动变阻器(最大阻值1kΩ，额定功率1W)；G．开关和导线若干．(1)电流表应选________，电压表应选________．(填器材代号)例2(2)该同学正确选择仪器后连接了如图所示电路，为保证实验顺利进行，并使测量误差尽量减小，实验前请你检查该电路，指出电路在接线上存在的问题：①____________________________________；②____________________________________.【解析】(1)本题中，待测电阻Rx的阻值约25kΩ，直流电源电动势为20V，经粗略计算电路中的最大电流Imax≈ER＝20V25×103Ω＝800μA，所以电流表选择B；虽然电压表C的量程不足，但是相比起来，电压表D的量程超过太多，读数偏小，所以电压表选择C.(2)由题图可知，电路在接线上存在的问题为①电流表应采用内接的方法；②滑动变阻器应采用分压式接法．【答案】(1)BC(2)①电流表应采用内接法②滑动变阻器应采用分压式接法方法2伏伏法测电阻(电压表的灵活选用)已知内阻的电压表可做电流表使用，在缺少合适的电流表的情况下，常用电压表代替电流表使用，这是设计电路中的高频考点．用以下器材可测量电阻Rx的阻值．待测电阻Rx，阻值约为600Ω；电源E，电动势约为6.0V，内阻可忽略不计；电压表V1，量程为0～500mV，内阻r1＝1000Ω；电压表V2，量程为0～6V，内阻r2约为10kΩ；电流表A，量程为0～0.6A，内阻r3约为1Ω；定值电阻R0，R0＝60Ω；滑动变阻器R，最大阻值为150Ω；单刀单掷开关S一个，导线若干．例3(1)测量中要求两只电表的读数都不小于其量程的13，并能测量多组数据，请在虚线框中画出测量电阻Rx的实验电路图．(2)若选择测量数据中的一组来计算Rx，则由已知量和测量物理量计算Rx的表达式为Rx＝________，式中各符号的意义是______________________．(所有物理量用题中代表符号表示)【解析】(1)电路的最大电流为I＝6V600Ω＝0.01A，电流表量程太大，可以把电压表V1并联一个定值电阻改装成电流表，电压表选择V2即可，要求测量多组数据，滑动变阻器需要分压式接法，电路如图．(2)流过被测电阻的电流为I＝U1r1＋U1R0＝U1R0＋r1R0r1，被测电阻阻值为Rx＝U2－U1I＝U2－U1R0r1U1R0＋r1.【答案】(1)测量电路见解析图(2)U2－U1R0r1U1R0＋r1U1为电压表V1的读数，U2为电压表V2的读数，r1为电压表V1的内阻，R0为定值电阻方法3安安法测电阻(电流表的灵活选用)已知内阻的电流表可做电压表使用，在缺少合适的电压表的情况下，常用电流表代替电压表使用，这是电学设计电路的高频考点．用伏安法测定一个待测电阻Rx的阻值(阻值约为200Ω)，实验室提供如下器材：电池组E：电动势3V，内阻不计；电流表A1：量程0～15mA，内阻约为100Ω；电流表A2：量程0～300μA，内阻约为1000Ω；滑动变阻器R1：阻值范围0～20Ω，额定电流2A；电阻箱R2：阻值范围0～9999Ω，额定电流1A；开关S、导线若干．要求实验中尽可能准确地测量Rx的阻值，请回答下列问题：例4(1)为了测量待测电阻两端的电压，可以将电流表______(填写器材代号)与电阻箱串联，并将电阻箱阻值调到________Ω，这样可以改装成一个量程为3.0V的电压表．(2)在下图中画完整测量Rx阻值的电路图，并在图中标明器材代号．(3)调节滑动变阻器R1，两表的示数如下图所示，可读出电流表A1的示数是________mA，电流表A2的示数是________μA，测得待测电阻Rx的阻值是______．本次测量存在一定的系统误差，考虑这个原因测量值比真实值________(填“偏大”或“偏小”)．【解析】(1)把A2和R2串联起来充当电压表，此电压表量程为3V，R＝3300×10－6Ω－1000Ω＝9000Ω.(3)由图可知，电流表A1的示数为8.0mA，电流表A2的示数是150μA，待测电阻阻值为Rx＝150×10－6×1000＋90008.0×10－3Ω＝187.5Ω.采用电流表外接法故测量的电流值偏大，因此测量的电阻偏小．【答案】(1)A29000(2)电路如图(3)8.0150187.5Ω偏小方法4半偏法测电表内阻(1)半偏法近似测量电流表内阻．方法一：如图1所示，测量电流表的内阻，操作步骤如下：①将电阻箱R的电阻调到零；②闭合S，调节R0，使表达到满偏I0；③保持R0不变，调节R，使表示数为I02；④由上可得RG＝R.图1方法二：如图2所示，测量电流表的内阻，操作步骤如下：图2①断开S2、闭合S1，调节R0，使表满偏为I0；②保持R0不变，闭合S2，调节R，使表读数为I02；③由上得RA＝R.(2)半偏法近似测量电压表内阻．方法一：如图3所示，测量电压表的内阻，操作步骤如下：图3①闭合S，调节电阻箱阻值为R1时，测得表示数为U1；②改变电阻箱阻值为R2时，测得表示数为U12；③得RV＝R2－2R1.方法二：如图4所示，测量电压表的内阻，操作步骤如下；①滑动变阻器的滑片滑至最右端，电阻箱的阻值调到最大；②闭合S1、S2，调节R0，使表示数指到满偏刻度．③断开S2，保持R0不变，调节R，使表指针指到满刻度的一半；④由上可得RV＝R.图4(2015年新课标全国卷Ⅱ)电压表满偏时通过该表的电流是半偏时通过该表电流的两倍．某同学利用这一事实测量电压表的内阻(半偏法)，实验室提供的器材如下：待测电压表(量程3V，内阻约为3000Ω)，电阻箱R0(最大阻值为99999.9Ω)，滑动变阻器R1(最大阻值100Ω，额定电流2A)，电源E(电动势6V，内阻不计)，开关2个，导线若干．例5(1)虚线框内为该同学设计的测量电压表内阻的电路图的一部分，将电路图补充完整．(2)根据设计的电路，写出实验步骤：________________________________.(3)将这种方法测出的电压表内阻记为RV′，与电压表内阻的真实值RV相比，RV′________RV(填“”“＝”或“”)，主要理由是__________________．【解析】(1)实验电路图如图所示．(2)移动滑动变