（京津鲁琼版）2020版高考物理总复习 第八章 实验十一 测定金属的电阻率课件

第八章电路及其应用实验十一测定金属的电阻率一、实验目的1．掌握螺旋测微器和游标卡尺的使用和读数方法．2．掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法．3．会用伏安法测电阻，进一步测定金属的电阻率．二、实验原理由R＝ρlS得ρ＝RSl，用伏安法测出金属丝的电阻R，用毫米刻度尺测出金属丝的长度l，金属丝的横截面积S可由其直径d算出，即S＝π(d2)2，直径d可由螺旋测微器测出．三、实验器材金属丝、螺旋测微器、电流表、电压表、滑动变阻器，直流电源、开关、导线若干、毫米刻度尺．四、实验步骤1．用螺旋测微器在金属丝的三个不同位置各测一次直径，求出平均值d.2．按伏安法测电阻的原理连接实验电路．3．用毫米刻度尺测量接入电路的金属丝的有效长度3次，求出平均值l.4．先把滑动变阻器的阻值调到最大，再闭合开关，改变变阻器的阻值，读出几组电流表、电压表的示数．5．采用平均值法或图象法求电阻R.6．把测量数据代入电阻率公式ρ＝RSl＝πd2U4lI，计算出金属的电阻率．五、注意事项1．本实验中被测金属丝的电阻值较小，因此电路采用电流表外接法．2．闭合开关前，要使滑动变阻器电阻值调到最大．3．实验时通电时间不宜过长，电流不宜过大．实验电路和器材的选择仪器选择的一般步骤(1)首先选择唯一性的器材．(2)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．【针对训练】1．(2018·高考天津卷)某同学用伏安法测定待测电阻Rx的阻值(约为10kΩ)，除了Rx、开关S、导线外，还有下列器材供选用：A．电压表(量程0～1V，内阻约10kΩ)B．电压表(量程0～10V，内阻约100kΩ)C．电流表(量程0～1mA，内阻约30Ω)D．电流表(量程0～0.6A，内阻约为0.05Ω)E．电源(电动势1.5V，额定电流0.5A，内阻不计)F．电源(电动势12V，额定电流2A，内阻不计)G．滑动变阻器R0(阻值范围0～10Ω，额定电流2A)(1)为使测量尽量准确，电压表选用________，电流表选用________，电源选用________．(均填器材的字母代号)(2)画出测量Rx阻值的实验电路图．(3)该同学选择器材、连接电路和操作均正确，从实验原理上看，待测电阻测量值会________其真实值(填“大于”“小于”或“等于”)，原因是___________________________________．解析：若选用电动势为1.5V的电源，则实验中电流最大值仅为0.15mA，两个电流表均无法准确测量，故选用电动势为12V的电源F；此时，实验中最大电流约为1.2mA，故电流表选用C；电压表选用B.由于滑动变阻器的最大阻值远小于待测电阻的阻值，所以滑动变阻器采用分压式接法；待测电阻的阻值远大于电流表内阻，所以电流表内接．由于电流表的分压作用，电阻测量值偏大，所以电阻测量值大于其真实值．答案：(1)BCF(2)如图所示(3)大于电压表的读数大于待测电阻两端实际电压(其他合理表述也可)2．为了测量某待测电阻Rx的阻值(约为30Ω)，有以下一些器材可供选择．电流表A1(量程0～50mA，内阻约10Ω)；电流表A2(量程0～3A，内阻约0.12Ω)；电压表V1(量程0～3V，内阻很大)；电压表V2(量程0～15V，内阻很大)；电源E(电动势约为3V，内阻约为0.2Ω)；定值电阻R(20Ω，允许最大电流1.0A)；滑动变阻器R1(0～10Ω，允许最大电流2.0A)；滑动变阻器R2(0～1kΩ，允许最大电流0.5A)；单刀单掷开关S一个，导线若干．(1)电流表应选________，电压表应选________，滑动变阻器应选________．(填器材的元件符号)(2)请在下面的虚线框内画出测量电阻Rx的实验电路图．(要求所测量范围尽可能大)(3)某次测量中，电压表示数为U时，电流表示数为I，则计算待测电阻阻值的表达式为Rx＝________．解析：(1)首先选取唯一性器材：电源E(电动势约为3V，内阻约为0.2Ω)，定值电阻R(20Ω，允许最大电流1.0A)，单刀单掷开关S，导线．电源电动势约为3V，所以电压表选择V1(量程0～3V，内阻很大)；待测电阻Rx的阻值约为30Ω，流过Rx的最大电流为3V30Ω＝0.1A＝100mA，如果电流表选择A2(量程0～3A，内阻约0.12Ω)，指针偏转很小，测量不准确，所以只能选择A1(量程0～50mA，内阻约10Ω)；滑动变阻器R2的全值电阻太大，操作不便，所以滑动变阻器应选R1(0～10Ω，允许最大电流2.0A)．(2)因为实验要求所测量范围尽可能大，所以滑动变阻器应采用分压接法；因为待测电阻Rx的阻值远小于电压表内阻，所以电流表采用外接法；为了使流过电流表的电流不超过其最大量程，即50mA，应给待测电阻串联一个定值电阻R，起保护作用．实验原理图如图所示．(3)根据欧姆定律可得Rx＝UI－R.答案：(1)A1V1R1(2)见解析图(3)UI－R数据处理与误差分析1．数据处理(1)平均值法：测量多组电流、电压值，求出对应的电阻后取平均值．(2)图象法：作出U－I图象，由图象的斜率求出电阻值．连线时要让各点均匀分布在直线的两侧，舍去个别明显偏离较远的点．2．误差分析(1)偶然误差：金属丝直径、长度的测量带来的误差．(2)系统误差：若为内接法，电压测量值偏大，电阻测量值大于真实值，若为外接法，电流测量值偏大，电阻测量值小于真实值．【针对训练】1．(2019·开封模拟)在“测定金属的电阻率”的实验中，某同学所测的金属导体的形状如图甲所示，其横截面为空心的等边三角形，外等边三角形的边长是内等边三角形边长的2倍，内三角形为中空．为了合理选用器材设计测量电路，他先用多用表的欧姆挡“×1”按正确的操作步骤粗测其电阻，指针如图乙，则读数应记为________Ω.现利用实验室的下列器材，精确测量它的电阻R，以便进一步测出该材料的电阻率ρ：A．电源E(电动势为3V，内阻约为1Ω)B．电流表A1(量程为0～0.6A，内阻r1约为1Ω)C．电流表A2(量程为0～0.6A，内阻r2＝5Ω)D．最大阻值为10Ω的滑动变阻器R0E．开关S，导线若干(1)请在图丙虚线框内补充画出完整、合理的测量电路图．(2)先将R0调至最大，闭合开关S，调节滑动变阻器R0，记下各电表读数，再改变R0进行多次测量．在所测得的数据中选一组数据，用测量量和已知量来计算R时，若A1的示数为I1，A2的示数为I2，则该金属导体的电阻R＝________．(3)该同学用直尺测量导体的长度为L，用螺旋测微器测量了外三角形的边长a.测边长a时，螺旋测微器读数如图丁所示，则a＝________mm.用已经测得的物理量I1、I2、L、a及题中所给物理量，可得到该金属材料电阻率的表达式为ρ＝________．解析：多用电表读数为：6×1Ω＝6Ω；(1)测量电路如图所示；(2)由欧姆定律可知：I2r2＝(I1－I2)R，解得R＝I2r2I1－I2；(3)螺旋测微器读数a＝5.5mm＋0.01mm×16.5＝5.665mm；导体的截面积为S＝34a2－34a22＝3316a2，则根据欧姆定律R＝ρLS，解得ρ＝33a2I2r216L（I1－I2）.答案：6(1)电路图见解析图(2)I2r2I1－I2(3)5.665(5.663～5.667)33a2I2r216L（I1－I2）2．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________(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)．解析：根据串、并联电路的特点，电阻定律以及欧姆定律解决问题．(1)根据R＝ρlS，得铜导线的阻值约为Rx＝1.7Ω，即Rx＋R0＝4.7Ω.实验中的滑动变阻器若选R1，则当滑动变阻器滑片移至a端时，电压表的示数约为3V，若滑动变阻器滑片向右移动，电压表示数变大，超过电压表量程，故实验中的滑动变阻器应选R2.闭合开关S前应使电路中的电阻最大，故滑动变阻器滑片应移至a端．(2)连线如图所示．(3)电压表的示数为2.30V.(4)根据欧姆定律，铜导线与R0的串联电阻R＝UI＝2.300.50Ω＝4.6Ω，所以铜导线的电阻Rx＝R－R0＝1.6Ω.根据Rx＝ρlS得导线长度l＝RxSρ＝1.6×1.0×10－61.7×10－8m≈94m.答案：(1)R2a(2)见解析图(3)2.30(2.29～2.31均正确)(4)94(93～95均正确)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．测量电阻的6种方法【典题例析】方法1——伏安法电路图外接法内接法特点：大内小外(内接法测量值偏大，测大电阻时应用内接法测量，外接法测量值偏小，测小电阻时应采用外接法测量)．(2018·高考全国卷Ⅲ)一课外实验小组用如图所示的电路测量某待测电阻Rx的阻值，图中R0为标准定值电阻(R0＝20.0Ω)；V可视为理想电压表；S1为单刀开关，S2为单刀双掷开关；E为电源；R为滑动变阻器．采用如下步骤完成实验：(1)按照实验原理线路图(a)，将图(b)中实物连线；(2)将滑动变阻器滑动端置于适当的位置，闭合S1；(3)将开关S2掷于1端，改变滑动变阻器滑动端的位置，记下此时电压表V的示数U1；然后将S2掷于2端，记下此时电压表V的示数U2；(4)待测电阻阻值的表达式Rx＝________(用R0、U1、U2表示)；(5)重复步骤(3)，得到如下数据：12345U1/V0.250.300.360.400.44U2/V0.861.031.221.361.49U2U13.443.433.393.403.39(6)利用上述5次测量所得U2U1的平均值，求得Rx＝________Ω.(保留1位小数)[解析]开关S2掷于1端，由欧姆定律可得通过Rx的电流I＝U1R0，将开关S2掷于2端，R0和Rx两端电压为U2，Rx两端电压为U＝U2－U1，由欧姆定律可得待测电阻阻值Rx＝UI＝U2－U1U1R0＝(U2U1－1)R0.5次测量所得U2U1的平均值为15(3.44＋3.43＋3.39＋3.40＋3.39)＝3.41，代入得Rx＝(3.41－1)×20.0Ω＝48.2Ω.[答案](1)实物连线如图(4)(U2U1－1)R0(6)48.2方法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＝U2U1R1.(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＝U2U1R1＋U1R0.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＝1000