2019-2020学年高考物理 主题2 电路及其应用 实验：测定金属的电阻率课件（必修3）

主题2电路及其应用实验：测定金属的电阻率学科素养与目标要求物理观念：掌握测定金属电阻率的实验原理、实验器材.科学探究：了解本实验需要测的物理量及所用的器材和方法；能进行分组分层、自主合作探究，能综合信息进行数据处理.科学思维：进一步掌握用伏安法测电阻的电路的设计思想，会根据不同情况设计电路图.科学态度与责任：在实验过程中保持很好地交流、合作，准确记录数据，认真进行数据处理.NEIRONGSUOYIN内容索引技能储备达标检测课时对点练明确原理提炼方法检测评价达标过关注重双基强化落实题型演练学以致用实训演练技能储备1.实验原理(1)把金属丝接入电路中，用伏安法测金属丝的电阻R(R＝).电路原理图如图1所示.UI图1(S＝πd24).由电阻定律R＝，得ρ＝RSl＝πd2R4l＝，求出电阻率.(2)用测出金属丝的长度l，用测出金属丝的直径d，算出横截面积S毫米刻度尺ρlSπd2U4lI2.实验器材螺旋测微器、、电压表、电流表、开关及导线、待测金属丝、电池、.螺旋测微器毫米刻度尺滑动变阻器3.实验步骤(1)测直径：用螺旋测微器在待测金属丝上三个不同位置各测一次直径，并记录.(2)连电路：按如图1所示的电路图连接实验电路.(3)量长度：用测量接入电路中的待测金属丝的有效长度，重复测量3次，并记录.(4)求电阻：把滑动变阻器的滑动触头调节到使接入电路中的电阻值的位置，电路经检查确认无误后，闭合开关S.改变滑动变阻器滑动触头的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值，记入表格内，断开开关S.(5)拆除实验电路，整理好实验器材.毫米刻度尺最大4.数据处理电阻R的数值可用以下两种方法确定：(1)计算法：利用每次测量的U、I值分别计算出电阻，再求出电阻的作为测量结果.(2)图象法：可建立I－U坐标系，将测量的U、I值描点作出图象，利用图象的来求出电阻值R.平均值斜率5.注意事项(1)因一般金属丝电阻较小，为了减少实验的系统误差，必须选择电流表法；(2)本实验若用限流式接法，在接通电源之前应将滑动变阻器调到阻值状态.(3)测量l时应测接入电路的金属丝的长度(即两接线柱之间的长度，且金属丝伸直)；在金属丝的3个不同位置上用螺旋测微器测量直径d.(4)电流不宜过(电流表用0～0.6A量程)，通电时间不宜，以免电阻率因温度升高而变化.外接有效最大大太长题型演练(1)从图中读出金属丝的直径为_______________________mm.0.649(0.647～0.651均可)一、实验原理及操作例1在“探究电阻与长度、横截面积的关系”的实验中，用刻度尺测量金属丝直径时的刻度位置如图2所示，金属丝的匝数为39，用米尺测出金属丝的长度L，金属丝的电阻大约为5Ω，先用伏安法测出金属丝的电阻R，然后用控制变量法探究电阻与导体长度、横截面积的关系.图2(2)为此取来两节新的干电池、开关和若干导线及下列器材：A.电压表0～3V，内阻约10kΩB.电压表0～15V，内阻约50kΩC.电流表0～0.6A，内阻约0.05ΩD.电流表0～3A，内阻约0.01ΩE.滑动变阻器，0～10ΩF.滑动变阻器，0～100Ω①要求较准确地测出其阻值，电压表应选___，电流表应选____，滑动变阻器应选___.(填序号)ACE错误a：______________________________；错误b：____________________.导线连接在滑动变阻器的滑片上②实验中某同学的实物连线如图3所示，请指出该同学实物连线中的两处明显错误.图3采用了电流表内接法(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径，其中某一次测量结果如图4所示，其读数应为_________________________mm(该值接近多次测量的平均值).0.398(0.395～0.399均正确)二、实验数据处理例2在“测定金属的电阻率”实验中，所用测量仪器均已校准.待测金属丝接入电路部分的长度约为50cm.图4解析螺旋测微器的读数为0mm＋39.8×0.01mm＝0.398mm.(2)用伏安法测金属丝的电阻Rx.实验所用器材为电池组(电动势3V)、电流表(内阻约0.1Ω)、电压表(内阻约3kΩ)、滑动变阻器R(0～20Ω，额定电流2A)、开关、导线若干.某小组同学利用以上器材正确连接好电路，进行实验测量，记录数据如下：次数1234567U/V0.100.300.701.001.501.702.30I/A0.0200.0600.1600.2200.3400.4600.520由以上实验数据可知，他们测量Rx是采用图5中的____图(选填“甲”或“乙”).图5甲(3)图6是测量Rx的实验器材实物图，图中已连接了部分导线，滑动变阻器的滑片P置于变阻器的一端.请根据(2)所选的电路图，补充完成图中实物间的连线，并使闭合开关的瞬间，电压表或电流表不至于被烧坏.图6答案见解析图(4)这个小组的同学在坐标纸上建立U、I坐标系，如图7所示，图中已标出了与测量数据对应的4个坐标点.请在图中标出第2、4、6次测量数据的坐标点，并描绘出U－I图线.由图线得到金属丝的阻值Rx＝________________Ω(保留两位有效数字).图74.4(4.3～4.7均可)答案见解析图＝3.14×4.4×0.398×10－324×0.5Ω·m≈1.09×10－6Ω·m，解析根据Rx＝ρlS得(5)根据以上数据可以估算出金属丝电阻率约为____.A.1×10－2Ω·mB.1×10－3Ω·mC.1×10－6Ω·mD.1×10－8Ω·mC金属丝的电阻率ρ＝RxSl＝πRxd24l故选项C正确.(6)任何实验测量都存在误差，本实验所用测量仪器均已校准，下列关于误差的说法中正确的是_____(有多个正确选项).A.用螺旋测微器测量金属丝直径时，由读数引起的误差属于系统误差B.由电流表和电压表内阻引起的误差属于偶然误差C.若将电流表和电压表的内阻计算在内，可以消除由测量仪表引起的系统误差D.用U－I图象处理数据求金属丝电阻可以减小偶然误差CD解析系统误差是由仪器的某些不完善或实验方法不够完善等产生的，其测量结果总是偏大或偏小；偶然误差具有随机性，可以通过多次测量取平均值或图象法来减小偶然误差.达标检测现在要测量一段电阻丝的电阻率ρ，其阻值Rx约为0.5Ω，允许通过的最大电流为0.5A.现有如下器材可供选择：电流表A(量程0.6A，内阻约为0.6Ω)电压表V(量程3V，内阻约为3kΩ)待测电阻丝Rx(阻值约为0.5Ω)标准电阻R0(阻值5Ω)滑动变阻器R1(5Ω，2A)滑动变阻器R2(200Ω，1.5A)直流电源E(E＝6V，内阻不计)开关S、导线若干解析电阻Rx两端的最大电压U＝IRx＝0.25V，约为电压表量程的110，(1)图为四位同学分别设计的测量电路的一部分，你认为合理的是____；C需要在待测电阻Rx两端串联分压电阻，即串联标准电阻R0，此时R0＋Rx＜RARV，电流表采用外接法，选项C正确.(2)实验中滑动变阻器应该选择____(选填“R1”或“R2”)，并采用________接法；R1分压式解析滑动变阻器若选用R2并采用限流式接法，调控范围小，操作不便，而电源内阻不计，不用考虑大电流时电源电动势的变化，因而选择R1，并采用分压式接法.(3)根据你在(1)(2)中的选择，在图8甲上完成实验电路的连接；答案见解析图图8解析根据测量电路图和滑动变阻器的分压式接法，实物连线如图所示.(4)实验中，如果两电表的读数分别为U和I，测得拉直后电阻丝的长度为L、直径为D，则待测电阻丝的电阻率ρ的计算式为ρ＝____________；πD24L(UI－R0)解析待测电阻Rx＝UI－R0.由电阻定律有Rx＝ρLS＝ρLπD24，联立解得ρ＝πD24L(UI－R0).(5)用螺旋测微器测量待测电阻丝的直径时读数如图乙所示，则该电阻丝的直径D＝_________________.1.205(±0.002)mm解析螺旋测微器的读数为1mm＋0.01×20.5mm＝1.205mm.课时对点练1.(多选)在“测定金属的电阻率”的实验中，以下操作中正确的是A.用米尺测量金属丝的全长，且测量三次，算出其平均值，然后再将金属丝接入电路中B.用螺旋测微器在金属丝三个不同部位各测量一次直径，算出其平均值C.用伏安法测电阻时，采用电流表内接法，多次测量后算出平均值D.实验中应保持金属丝的温度不变√1234567√2.(多选)在“测定金属的电阻率”实验中，下列关于误差的说法中正确的是A.电流表采用外接法，将会使ρ测＜ρ真B.电流表采用外接法，由于电压表的并联引起了电阻丝分压的减小而引起测量误差C.由ρ＝可知，I、d、U、l中每一个物理量的测量都会引起ρ的测量误差D.由ρ＝可知对实验结果准确性影响最大的是直径d的测量1234567√√πd2U4Ilπd2U4Il√3.在“测定金属的电阻率”的实验中，待测金属丝的电阻Rx约为5Ω，实验室备有下列实验器材：A.电压表(量程0～3V，内阻约为15kΩ)；B.电压表(量程0～15V，内阻约为75kΩ)；C.电流表(量程0～3A，内阻约为0.2Ω)；D.电流表(量程0～0.6A，内阻约为1Ω)；E.滑动变阻器R1(0～10Ω，0.6A)；F.滑动变阻器R2(0～2000Ω，0.1A)；G.电池组E(电动势为3V)；H.开关S，导线若干.(1)为减小实验误差，应选用的实验器材有________(填器材前面的序号).1234567ADEGH(2)为减小实验误差，应选用如图1中____(选填“甲”或“乙”)为该实验的电路原理图，并按所选择的电路原理图把如图2中的实物图用线连接起来.乙1234567答案见解析图图1图2被测金属丝的阻值为Rx＝UxIx＝1.200.50Ω＝2.4Ω.(3)若用毫米刻度尺测得金属丝长度为60.00cm，用螺旋测微器测得金属丝的直径及两电表的示数如图3所示，则金属丝的直径为______________________mm，电阻值为____Ω.0.636(0.634～0.638均可)解析从螺旋测微器可以读出金属丝的直径为0.636mm，从电压表可以读出电阻两端电压为1.20V，从电流表可以读出流过电阻的电流为0.50A，图32.412345674.用伏安法测量电阻R的阻值，并求出电阻率ρ.给定电压表(内阻约为50kΩ)、电流表(内阻约为40Ω)、滑动变阻器、电源、开关、待测电阻(约为250Ω)及导线若干(要求测量电流、电压能从0开始调节).(1)在虚线框中画出测量R的电路图.1234567答案见解析图(2)图4中的6个点表示实验中测得的6组电流I、电压U的值，试写出根据此图求R值的步骤：___________________________________________________________.答案见解析1234567图4(3)求出的电阻值R＝_______________________.(保留3位有效数字)229Ω(221～237Ω均正确)1234567解析在图象中的直线上取两点，求出R≈229Ω.(4)待测电阻是一均匀材料制成的圆柱体，用50分度的游标卡尺测量其长度与直径，结果分别如图5甲、乙所示.由图可知其长度为________，直径为________.0.800cm0.190cm1234567解析题图甲读数l＝8mm＋0×0.02mm＝8.00mm＝0.800cm题图乙读数d＝1mm＋45×0.02mm＝1.90mm＝0.190cm图5解析由R＝ρlS，得ρ＝RSl＝229×π×0.1902×10－220.800×10－2Ω·m≈8.11×10－2Ω·m(5)由以上数据可求出ρ＝______________.(保留3位有效数字)8.11×10－2Ω·m123456712345675.一根细长而均匀的金属管线样品，长约60cm，电阻大约6Ω，截面图如图6所示.(1)用螺旋测微器测量金属管线的外径，示数如图7所示，金属管线的外径为____________mm.1.125±0.001图6图7