（江苏专用）2021版高考物理一轮复习 第8章 恒定电流 实验11 测定金属丝的电阻率课件

第八章恒定电流实验十一测定金属丝的电阻率21实验储备回顾自主31．实验目的(1)掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法。(2)掌握螺旋测微器的使用方法和读数方法。(3)学会利用伏安法测电阻，进一步测出金属丝的电阻率。42．实验原理由R＝ρlS得ρ＝RSl，因此，只要测出金属丝的长度l、横截面积S和金属丝的电阻R，即可求出金属丝的电阻率ρ。测金属电阻的电路图和实物图如图甲、乙所示。5甲乙63．实验器材被测金属丝，直流电源(4V)，电流表(0～0.6A)，电压表(0～3V)，滑动变阻器(0～50Ω)，开关，导线若干，螺旋测微器，毫米刻度尺。7[部分器材用途]电流表、电压表伏安法测电阻螺旋测微器测量金属丝的直径，由于测量直径时带来的误差更明显一些，因此用精确度更高的器材测量毫米刻度尺测量金属丝的有效长度84.实验步骤(1)用螺旋测微器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。(2)连接好用伏安法测电阻的实验电路。(3)用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属丝的有效长度，反复测量三次，求出其平均值l。(4)把滑动变阻器的滑片调节到使其接入电路中的电阻值最大的位置。9(5)闭合开关，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，填入记录表格内。(6)将测得的Rx、l、d值，代入公式R＝ρlS和S＝πd24，中，计算出金属丝的电阻率。105．数据处理(1)在求Rx的平均值时可用两种方法①用Rx＝UI分别算出各次的数值，再取平均值。②用U­I图线的斜率求出。(2)计算电阻率将记录的数据Rx、l、d的值代入电阻率计算公式ρ＝RxSl＝πd2U4lI。116．误差分析(1)金属丝的横截面积是利用直径计算而得，直径的测量是产生误差的主要来源之一。(2)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。(3)金属丝的长度测量、电流表和电压表的读数等会带来偶然误差。12(4)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。137．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。142实验考向突破多维15电流表内、外接法的选择1.电流表的内接法和外接法的比较内接法外接法电路图误差原因电流表分压U测＝Ux＋UA电压表分流I测＝Ix＋IV16电阻测量值R测＝U测I测＝Rx＋RARx，测量值大于真实值R测＝U测I测＝RxRVRx＋RVRx，测量值小于真实值适用条件RA≪RxRV≫Rx适用于测量大阻值电阻小阻值电阻172.电流表和电压表的选择(1)根据电路中的最大电流(或最大电压)进行选择。(2)根据用电器的额定电流(或额定电压)进行选择。(3)根据电源的参数进行选择。18[题组训练]1．在伏安法测电阻的实验中，待测电阻Rx约为200Ω，电压表的内阻约为2kΩ，电流表的内阻约为10Ω，测量电路中电流表的连接方式如图(a)或图(b)所示，结果由公式Rx＝UI计算得出，式中U与I分别为电压表和电流表的示数。若将图(a)和图(b)中电路测得的电阻值分别记为Rx1和Rx2，则________(填“Rx1”或“Rx2”)更19接近待测电阻的真实值，且测量值Rx1________(填“大于”“等于”或“小于”)真实值，测量值Rx2________(填“大于”“等于”或“小于”)真实值。(a)(b)20[解析]根据串、并联电路的特点解题。根据题意知RxRARVRx，电压表的分流作用较显著，故Rx1更接近待测电阻的真实值。图(a)的测量值是Rx与RA串联的电阻阻值，故Rx1Rx真；图(b)的测量值是Rx与RV并联的电阻阻值，故Rx2Rx真。[答案]Rx1大于小于212．(2018·天津高考)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0.05Ω)E．电源(电动势1.5V，额定电流0.5A，内阻不计)22F．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)23(2)画出测量Rx阻值的实验电路图。24(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______________________________________。25[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。26[答案](1)BCF(2)(3)大于电压表的读数大于待测电阻两端实际电压27滑动变阻器的使用1.滑动变阻器的选取在分压电路中，一般选用总阻值小于用电器电阻的滑动变阻器。在限流电路中，一般选用总阻值和用电器电阻相差不多或大几倍的滑动变阻器。282．滑动变阻器的两种连接方式限流式接法分压式接法两种接法的电路图负载R上电压的调节范围RER＋R0～E0～E293.两种接法的适用条件(1)限流式接法适合测量阻值较小的电阻(跟滑动变阻器的最大电阻相比相差不多或比滑动变阻器的最大电阻还小)。(2)分压式接法适合测量阻值较大的电阻(一般比滑动变阻器的最大电阻要大)。(3)若实验中要求电压从零开始调节，则必须采用分压式接法。30[题组训练]3．要描绘一个标有“3V0.8W”小灯泡的伏安特性曲线，要求小灯泡两端的电压由零逐渐增加，且尽量减小实验误差。已选用的器材除导线、开关外，还有：电池组(电动势为4.5V，内阻约1Ω)电流表(量程0.6A，内阻约为1Ω)电压表(量程3V，内阻约为3kΩ)滑动变阻器(最大阻值20Ω，额定电流1A)31实验电路应选用________(填字母代号)。ABCD32B[由题意得，本实验要求从电压表读数为零开始测量，故滑动变阻器应采用分压式接法；由于小灯泡电阻较小，因此应采用电流表外接法，故选择B电路。]334．有一个小灯泡上标有“4V2W”的字样，现在要用伏安法描绘这个灯泡的I­U图线。有下列器材供选用：A．电压表(0～5V，内阻10kΩ)B．电压表(0～10V，内阻20kΩ)C．电流表(0～0.3A，内阻1Ω)D．电流表(0～0.6A，内阻0.4Ω)E．滑动变阻器(5Ω，1A)F．滑动变阻器(500Ω，0.2A)34(1)实验中电压表应选用________，电流表应选用________。(用序号字母表示)(2)为使实验误差尽量减小，要求电压从零开始变化且多取几组数据，滑动变阻器应选用________。(用序号字母表示)35(3)请在虚线框内画出满足实验要求的电路图，并把下图中所示的实验器材用实线连接成相应的实物电路图。3637[解析](1)因小灯泡的额定电压为4V，为保证安全，选用的电压表量程应稍大于4V，但不能大太多，量程太大则示数不准确，故选用0～5V的电压表，故选A；由P＝UI得，小灯泡的额定电流I＝PU＝0.5A，故应选择0～0.6A量程的电流表，故选D。(2)由题意可知，电压从零开始变化，并要求多测几组数据，故只能采用滑动变阻器分压式接法，而分压接法中应选总阻值小的滑动变阻器，故选E。38(3)小灯泡内阻R＝U2P＝8Ω，电压表内阻远大于小灯泡内阻，应采用电流表外接法，故电路图和实物连接图如图所示。[答案](1)AD(2)E(3)图见解析39实验数据处理与分析1．根据电阻定律得ρ＝RSl。2．通过有关图象来求电阻率。图象法处理实验数据是最常用的方法之一，要从物理规律出发，写出图象的函数关系式，弄清斜率、截距等的物理意义，从而求出相关物理量。403．测定金属电阻率实验，由于被测金属丝的阻值较小，一般采用电流表外接法。4．实验时特别注意：为了方便，测量直径时应在金属丝连入电路之前测量。41[题组训练]1．(2019·江苏七市三模)测定金属丝的电阻率，提供实验器材如下：A．待测金属丝R(电阻约8Ω)B．电流表A(0.6A，内阻约0.6Ω)C．电压表V(3V，内阻约3kΩ)D．滑动变阻器R1(0－5Ω，2A)42E．电源E(6V)F．开关，导线若干(1)用螺旋测微器测出金属丝的直径如图所示，则金属丝的直径为________mm。43(2)某同学采用如图所示电路进行实验，请用笔画线代替导线，在图中将实物电路图连接完整。44(3)测得金属丝的直径为d，改变金属夹P的位置，测得多组金属丝接入电路的长度L及相应电压表示数U、电流表示数I，作出UI­L图线如图所示。测得图线斜率为k，则该金属丝的电阻率ρ为________。45(4)关于电阻率的测量，下列说法中正确的有________。A．开关S闭合前，滑动变阻器R1的滑片应置于最左端B．实验中，滑动变阻器R1的滑片位置确定后不可移动C．待测金属丝R长时间通电，会导致电阻率测量结果偏小D．该实验方案中电流表A的内阻对电阻率测量结果没有影响46[解析](1)螺旋测微器主尺刻度为0mm，分尺刻度为0.5mm50×39.8＝0.398mm，所以读数为0.398mm。47(2)根据电路图连接实物图如下：48(3)设电流表内阻RA，根据欧姆定律可知待测电阻：R＝U－IRAI，根据电阻定律：R＝ρLS，截面积：S＝πd22，联立解得：UI＝4ρπd2L＋RA，图象斜率：k＝4ρπd2，所以电阻率ρ＝πkd24。49(4)为了保护电路，实验开始前应使待测回路电流最小，滑动变阻器滑片处于最左端，A正确；实验要测量多组电压、电流值，通过改变滑片位置，改变电压表示数，滑动变阻器滑片需要移动，B错误；待测金属丝R长时间通电，因为电流热效应存在，温度升高，电阻率变大，C错误；根据UI＝4ρπd2L＋RA可知，电流表的内阻存在不会改变图象的斜率，对电阻率没影响，D正确。[答案](1)0.398(2)见解析(3)πkd24(4)AD502．(2019·江苏高考)某同学测量一段长度已知的电阻丝的电阻率。实验操作如下：(1)螺旋测微器如图所示。在测量电阻丝直径时，先将电阻丝轻轻地夹在测砧与测微螺杆之间，再旋动________(选填“A”“B”或“C”)，直到听见“喀喀”的声音，以保证压力适当，同时防止螺旋测微器的损坏。51(2)选择电阻丝的________(选填“同一”或“不同”)位置进行多次测量，取其平均值作为电阻丝的直径。52(3)图甲中Rx为待测电阻丝。请用笔画线代替导线，将滑动变阻器接入图乙实物电路中的正确位置。甲乙53(4)为测量R，利用图甲所示的电路，调节滑动变阻器测得5组电压U1和电流I1的值，作出的U1­I1关系图象如图所示。接着，将电压表改接在a、b两端，测得5组电压U2和电流I2的值，数据见下表：U2/V0.501.021.542.052.55I2/mA20.040.060.080.0100.054请根据表中的数据，在方格纸上作出U2­I2图象。55(5)由此，可求得电阻丝的阻值Rx＝________Ω。根据电阻定律可得到电阻丝的电阻率。56[解析](1)在测量时，为了不损坏被测物体，最后改用微调旋钮即C，直到听见“喀喀”的响声。(2)为了减小测量误差，应选用电阻丝不同位置进行多次测量。(3)按照原理图，将实物图