2016版《全程复习方略》高考物理(全国通用)总复习配套课件：实验七-测定金属的电阻率

实验七测定金属的电阻率【实验目的】1.掌握螺旋测微器和游标卡尺的原理及读数方法。2.掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法及电流表和电压表的读数方法。3.会用伏安法测电阻,并能测定金属的电阻率。【实验原理】1.螺旋测微器：(1)构造：如图,S为固定刻度,H为可动刻度。(2)原理：可动刻度H上的刻度为50等份,则螺旋测微器的精确度为0.01mm。(3)读数。①测量时被测物体长度的半毫米数由固定刻度读出,不足半毫米部分由可动刻度读出。②测量值(mm)=固定刻度数(mm)(注意半毫米刻度线是否露出)+可动刻度数(估读一位)×0.01(mm)。③如图所示,固定刻度示数为2.0mm,而从可动刻度上读的示数为15.0,最后的读数为2.0mm+15.0×0.01mm=2.150mm。2.游标卡尺：(1)构造：主尺、游标尺(主尺和游标尺上各有一个内、外测量爪),游标尺上还有一个深度尺(如图所示)。(2)用途：测量厚度、长度、深度、内径、外径。(3)原理：利用主尺的最小分度与游标尺的最小分度的差值制成。不管游标尺上有多少个小等分刻度,它的刻度部分的总长度比主尺上的同样多的小等分刻度少1mm。常见的游标卡尺的游标尺上小等分刻度有10格的、20格的、50格的,其读数见下表：刻度格数(分度)刻度总长度每小格与1mm的差值精确度(可准确到)109mm0.1mm0.1mm2019mm0.05mm0.05mm5049mm0.02mm0.02mm(4)读数：若用x表示从主尺上读出的整毫米数,K表示从游标尺上读出与主尺上某一刻线对齐的游标的格数,则记录结果表示为(x+K×精确度)mm。需要注意的是,不管是哪种卡尺,K值均不需要向后估读一位。(5)如图所示,有一游标卡尺,主尺的最小分度是1mm,游标上有20个小的等分刻度。用它测量一工件的长度,图示的读数为104mm+0.05×0mm=104.00mm。3.伏安法测电阻：(1)电流表的内接法和外接法的比较。电路图误差原因内接法电流表分压U测=Ux+UA外接法电压表分流I测=Ix+IV电阻测量值适用条件口诀内接法=Rx+RARx测量值大于真实值RA≪Rx大内偏大(大电阻用内接法测量,测量值偏大)外接法测量值小于真实值RV≫Rx小外偏小(小电阻用外接法测量,测量值偏小)URI测测测xVxxVURRRRIRR测测测(2)两种电路的选择。①阻值比较法：若Rx≪RV,宜采用电流表外接法;若Rx≫RA,宜采用电流表内接法。②临界值计算法：Rx时,用电流表外接法;Rx时,用电流表内接法。VARRAVRR③实验试探法：按如图所示接好电路,让电压表一个接线柱P先后与a、b处接触一下,如果电压表的示数有较大的变化,而电流表的示数变化不大,则可采用电流表外接法;如果电流表的示数有较大的变化,而电压表的示数变化不大,则可采用电流表内接法。4.电阻率的测定原理：(1)把金属丝接入电路中,用伏安法测金属丝的电阻,Rx=电路原理如图所示。U,I(2)用毫米刻度尺测金属丝接入电路部分的长度l,用螺旋测微器测得金属丝的直径d,算出横截面积S=(3)根据电阻定律R=得金属丝电阻率ρ=2d4。,Sl2dU4I。l【实验器材】毫米刻度尺,螺旋测微器(或游标卡尺),直流电流表和直流电压表,滑动变阻器(阻值范围0～50Ω),电池组,开关,被测金属丝,导线若干。【实验过程】一、实验步骤1.直径测定：用螺旋测微器(或游标卡尺)在被测金属丝上的三个不同位置各测一次直径,求出其平均值d,计算出金属丝的横截面积S=2d4。2.电路连接：按如图所示的电路原理图连接好用伏安法测电阻的实验电路。3.长度测量：用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属丝的有效长度,反复测量3次,求出其平均值l。4.U、I测量：把滑动变阻器的滑片调节到使接入电路中的电阻值最大位置,电路经检查确认无误后,闭合开关S,改变滑动变阻器滑片位置,读出几组相应的电流表和电压表示数I和U的值,填入表格中,断开开关S,求出电阻Rx的平均值。5.拆除实验线路,整理好实验器材。UIRx二、数据处理1.在求Rx的平均值时可用两种方法：(1)用Rx=分别算出各次的数值,再取平均值。(2)用U-I图线的斜率求出。2.计算电阻率：将记录的数据U、I、l、d的值代入电阻率计算式ρ=RxUI2SdU4I。ll【误差分析】1.系统误差：(1)采用伏安法测量金属丝的电阻时,由于采用的是电流表外接法,测量值小于真实值,使电阻率的测量值偏小。(2)由于金属丝通电后发热升温,会使金属丝的电阻率变大,造成测量误差。2.偶然误差：(1)金属丝的横截面积是利用直径计算而得的,直径的测量是产生误差的主要来源之一。(2)金属丝的长度测量、电流表和电压表的读数等均会带来偶然误差。【注意事项】1.螺旋测微器的使用：(1)测量前必须校对零点。(2)测量时,当测微螺杆P将要接触被测物体时,要停止使用旋钮K,改用微调旋钮K′,当听到“咔、咔……”声后,停止转动,以避免P和被测物体间产生过大的压力。(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.测定金属的电阻率：(1)测量被测金属导线的有效长度,亦即电压表两端点间的待测导线长度,测量时应将导线拉直,反复测量三次,求其平均值。(2)本实验中被测金属导线的电阻值较小,因此实验电路一般采用电流表外接法。(3)实验连线时,应先从电源的正极出发,依次将开关、电流表、待测金属丝、滑动变阻器连成干路,然后再把电压表并联在待测金属丝的两端。(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。(5)闭合开关S之前,一定要使滑动变阻器的滑片处在有效电阻值最大的位置。【实验改进】替代法测电阻1.实验原理：用电阻箱替代待测电阻,按如图所示连接好电路,调节电阻箱,使两次电流表示数相等,则电阻箱的示数就等于待测电阻的阻值。2.本方案的优缺点：(1)优点：电路结构简单,调节方便,便于读数,同时可以避免因电表的内阻产生的系统误差。(2)缺点：由于电阻箱不能连续调节,从而导致测量值与真实值之间存在误差。热点1实验仪器的读数和实验原理【例证1】(2014·江苏高考)某同学通过实验测量一种合金的电阻率。(1)用螺旋测微器测量合金丝的直径。为防止读数时测微螺杆发生转动,读数前应先旋紧如图所示的部件(选填“A”“B”“C”或“D”)。从图中的示数可读出合金丝的直径为mm。(2)如图所示是测量合金丝电阻的电路,相关器材的规格已在图中标出。合上开关,将滑动变阻器的滑片移到最左端的过程中,发现电压表和电流表的指针只在图示位置发生很小的变化。由此可以推断：电路中(选填图中表示接线柱的数字)之间出现了(选填“短路”或“断路”)。(3)在电路故障被排除后,调节滑动变阻器,读出电压表和电流表的示数分别为2.23V和38mA,由此,该同学算出接入电路部分的合金丝的阻值为58.7Ω。为了更准确地测出合金丝的阻值,在不更换实验器材的条件下,对实验应做怎样的改进?请写出两条建议。。【解题探究】(1)螺旋测微器的读数公式及重要的注意事项有哪些?提示：螺旋测微器的读数=固定刻度(注意半刻度线是否露出)+可动刻度×0.01,注意估读和单位。(2)如何根据电流表和电压表的示数变化判断电路故障?提示：电流表示数几乎为零,则电路为断路;若电压表示数和电源电动势几乎相等(基本不变),则与电压表直接并联的部分有断路。(3)如何选择电流表的内外接法?提示：Rx时,用电流表外接法;Rx时,用电流表内接法。VARRVARR【解析】(1)为防止读数时测微螺杆发生转动,读数前应先旋紧部件B。图中螺旋测微器的读数为0.410mm。(2)图示位置发生很小的变化即电压表读数为3V左右,电流表读数几乎为0。7、9间断路会出现这个情况。(3)根据电压表和电流表的内阻,计算电阻值R==30Ω,因为Rx30Ω,所以要用电流表内接。故改进方面为改用电流表内接;测量多组电流和电压值,计算出电阻的平均值。(或测量多组电流和电压值,用图像法求电阻)答案：(1)B0.410(2)7、9断路(3)见解析VARR30000.3热点2实验数据的分析与处理【例证2】(2014·山东高考)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,再利用图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。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(选填“R1”或“R2”),闭合开关S前应将滑片移至(选填“a”或“b”)端。(2)在实物图丙中,已正确连接了部分导线,请根据图甲电路完成剩余部分的连接。(3)调节滑动变阻器,当电流表的读数为0.50A时,电压表示数如图乙所示,读数为V。(4)导线实际长度为m(保留2位有效数字)。【解题探究】(1)闭合开关S前应将滑动变阻器滑片移至电阻_____处。(2)实物连线的一般方法是什么?提示：按照实验原理图,一般从电源正极出发,按顺序先连接完串联的主干部分,再连接剩余的并联支路部分。(3)电阻定律的表达式为R=____。Sl最大【解析】(1)被测电阻的阻值约为Rx=ρ=1.7×10-8×=1.7Ω,而电路中最大电流为Im=0.6A,所以电路中总电阻的最小值为R==10Ω,则滑动变阻器的阻值最小为R动=R-Rx-R0=5.3Ω,故滑动变阻器应选择R2;在电路中滑动变阻器为限流接法,闭合开关之前,其阻值应置于最大值处,即a处。Sl61001.010mE6I0.6(2)电路连接如图所示(3)电压表的读数为2.30V。(4)被测电阻的测量值为Rx=-R0,Rx=ρ,代入数据,解得导线的实际长度为l=94m。答案：(1)R2a(2)见解析(3)2.30(4)94UISl高考考情演变读数的多样化1.考查螺旋测微器、游标卡尺的读数。2.毫米刻度尺的读数。3.电流表、电压表的读数、多用电表欧姆挡的读数。原理的灵活性1.测量金属丝的电阻率——测量圆柱体金属的电阻率——测量圆筒金属的电阻率。2.测量金属电阻时使用伏安法——运用等效替代法、半偏法、多用电表直接测量、电桥法、双电流表法、双电压表法等。