2019-2020学年高中物理 第2章 恒定电流 实验：测定金属的电阻率课件 新人教版选修3-1

实验：测定金属的电阻率固知识、要点梳理实验原理1．电阻率的测量原理(1)把金属丝接入电路中，用伏安法测金属丝的电阻RR＝UI.电路原理如图所示．(2)用毫米刻度尺测出金属丝的长度l，用螺旋测微器测出金属丝的直径d，算出横截面积SS＝πd24.(3)由电阻定律R＝ρlS，得ρ＝RSl＝πd2R4l＝πd2U4lI，求出电阻率．2．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.3．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.实验器材被测金属丝、螺旋测微器、毫米刻度尺、电池组、电流表、电压表、滑动变阻器、开关、导线若干．实验步骤1．直径测定：用螺旋测微器在被测金属导线上的三个不同位置各测一次直径，求出其平均值d，计算出导线的横截面积S＝πd24.2.电路连接：按如图所示的原理电路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导线的有效长度，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，改变滑动变阻器滑片的位置，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．拆去实验线路，整理好实验器材．1．某实验小组在“测定金属电阻率”的实验过程中，用10分度的游标卡尺测其长度为________mm，用螺旋测微器测其直径为________mm.后正确操作获得了电流表、电压表的读数如图所示，则它们的读数值依次是________A、________V.解析：根据游标卡尺的读数规则可知，金属丝长度L＝91mm＋7×0.1mm＝91.7mm；根据螺旋测微器的读数规则可知，金属丝直径d＝1mm＋6.2×0.01mm＝1.062mm；根据电表读数规则可知，电流表量程为0.6A，精度为0.02A，读数I＝0.42A；电压表量程为3V，精度为0.1V，读数U＝2.25V.答案：91.71.062±0.0010.422.25±0.012．(2018·张家口市模拟)在“测定金属丝的电阻率”的实验中，某同学进行了如下测量：(1)用毫米刻度尺测量接入电路中的金属丝的有效长度，测量3次，求出其平均值L，其中一次测量结果如图甲所示，金属丝的另一端与刻度尺的14.10cm刻线对齐，可得金属丝接入电路的长度为________cm.用螺旋测微器测量金属丝的直径，选不同的位置测量3次，求出其平均值d，其中一次测量结果如图乙所示，图中示数为________mm.(2)采用如图丙所示的电路测量A、B间金属丝的电阻，电阻的测量值比真实值________(填“偏大”或“偏小”)．若实验中电压表示数为U，电流表示数为I，则结合(1)可得金属丝的电阻率ρ＝________(用U、I、L、d等物理量表示)．解析：(1)由图示刻度尺可知，金属丝的长度为：24.10cm－14.10cm＝10.00cm.螺旋测微器固定刻度与可动刻度示数之和是螺旋测微器的示数，0.5mm＋20.0×0.01mm＝0.700mm.(2)由图示电路图可知，电流表采用外接法，由于电压表的分流作用，电流测量值偏大，由欧姆定律可知，电阻测量值小于真实值．根据电阻定律可知，R＝ρLS，解得电阻率ρ＝πUd24IL.答案：(1)10.000.700(2)偏小πUd24IL3．某同学用伏安法测量导体的电阻，现有量程为3V、内阻约为3kΩ的电压表和量程为0.6A、内阻约为0.1Ω的电流表．采用分压电路接线，图1是实物的部分连线图，待测电阻为图2中的R1，其阻值约为5Ω.(1)测R1阻值的最优连接方式为导线①连接________(填“a”或“b”)、导线②连接________(填“c”或“d”)．(2)正确接线测得实验数据如表，用作图法求得R1的阻值为________Ω.U/V0.400.801.201.602.002.40I/A0.090.190.270.350.440.53(3)已知图2中R2与R1是材料相同、厚度相等、表面为正方形的两导体，R2的边长是R1的110，若测R2的阻值，则最优的连线应选________(填选项)．A．①连接a，②连接cB．①连接a，②连接dC．①连接b，②连接cD．①连接b，②连接d解析：(1)因电压表的内阻远大于待测电阻R1的阻值，则电流表采用外接法，而滑动变阻器应采用分压式接法，故测R1阻值的最优连接方式为导线①连接a，导线②连接d.(2)建立坐标系描点连线如答案图所示，则R2＝ΔUΔI＝2.20.5Ω＝4.4Ω.(3)根据电阻定律可得，R＝ρLdL＝ρd，故R2＝R1，要测R2的阻值，与测量R1一样，最优的连线应为①连接a，②连接d，B正确．答案：(1)ad(2)如图所示4.4～4.7(3)B4．某同学要测量一个由均匀新材料制成的圆柱体的电阻率，部分步骤如下：(1)分别使用游标卡尺和螺旋测微器测量圆柱体的长度和直径，某次测量的示数分别如图甲、乙所示，长度为________mm，直径为________mm.(2)该电阻的阻值约为22Ω，为更精确地测量其电阻，可供选择的器材如下：电流表A1(量程300mA，内阻约为2Ω)；电流表A2(量程150mA，内阻约为10Ω)；电压表V1(量程1V，内阻r＝1000Ω)；电压表V2(量程15V，内阻约为3000Ω)；定值电阻R0＝1000Ω；滑动变阻器R1(最大阻值5Ω)；滑动变阻器R2(最大阻值1000Ω)；电源E(电动势约为4V，内阻r约为1Ω)；开关，导线若干．为了使测量尽量准确，测量时电表读数不得小于其量程的13，电压表应选________，电流表应选________，滑动变阻器应选________．(均填器材代号)根据你选择的器材，请在图丙所示的线框内画出实验电路图．解析：(1)游标卡尺读数的规则是主尺读数加上游标读数，不需估读．最终读数为50mm＋3×0.1mm＝50.3mm.螺旋测微器的读数方法是固定刻度读数加上可动刻度读数，在读可动刻度读数时需估读．最终读数为5mm＋31.0×0.01mm＝5.310mm.(2)根据电源电动势选择电压表，电源电压为4V，显然电压表选15V时不满足读数不得小于其量程的13的要求，因此只能选V1，而V1量程太小，但是内阻已知，根据电流表改装原理可知，将定值电阻与电压表串联，装成一个新的电压表，量程为2V，满足要求．根据通过待测电阻的最大电流选择电流表，由于电阻值约22Ω，因此回路电流最大约100mA左右，因此电流表选A2.在保证安全的前提下，为方便实验操作，应选最大阻值较小的滑动变阻器，变阻器选用R1，为准确测量电阻阻值，应测多组实验数据，滑动变阻器可以采用分压接法，根据待测电阻与电表内阻间的关系确定电流表的接法，作出实验电路图．答案：(1)50.35.310(2)V1A2R1图见解析