高中物理選修 試驗 實驗七　測定金屬的電阻率 實驗八　描繪小電珠的伏安特性曲線.ppt

,一、實驗目的 1掌握電流表、電壓表和滑動變阻器的使用方法 2學會利用伏安法測電阻，進一步測出金屬絲的電阻率,二、實驗原理 1伏安法測電阻 (1)電流表的內接法和外接法的比較,(2)兩種電路的選擇 阻值比較法：先將待測電阻的估計值與電壓表、電流表內阻進行比較，若rx較小，宜采用電流表外接法；若rx較大，宜采用電流表內接法簡單概括為“大內偏大，小外偏小” 臨界值法：令r0 ，當rxr0時，用內接法；rxr0時，用外接法,試觸法：如圖實71所示，將電壓表 分別接在a、c和b、c兩點間時，若電流表 示數變化較大，說明電壓表分流較大，應選用內接法，若 電壓表示數變化較大，則選用外接法,圖實71,(2)金屬絲的長度可以用毫米刻度尺測量 (3)金屬絲的橫截面積s由金屬絲的直徑d算出，即 sd2/4.其中金屬絲的直徑用螺旋測微器測出 若用實驗中直接測出的物理量來表示電阻率，則金屬絲的電阻率的表達式為,三、實驗器材 被測金屬絲，螺旋測微器，毫米刻度尺，電池組，電流表，電壓表，滑動變阻器，開關，導線若干,四、實驗操作 1實驗步驟 (1)將被測金屬絲密繞在鉛筆上，用 mm刻度尺測出n匝的總長度a， 則金屬絲的直徑d ，然后計 算出導線的橫截面積s. (2)按如圖實72所示的原理電路圖連接好用伏安法測電 阻的實驗電路,圖實72,(3)用毫米刻度尺測量接入電路中的被測金屬導線的有效長 度，反復測量3次，求出其平均值l. (4)把滑動變阻器的滑動片調節(jié)到使接入電路中的電阻值最 大的位置，電路經檢查確認無誤后，閉合開關s，改變滑動變阻器滑動片的位置，讀出幾組相應的電流表、電壓表的示數i和u的值，記入表格內，斷開開關s. (5)拆去實驗線路，整理好實驗器材,2數據處理 測量數據填入下表中：,(1)金屬絲的長度l_ cm_ m. (2)金屬絲的橫截面積s_mm2_m2. (3)金屬絲的電阻r_.,(4)金屬絲材料的電阻率 _m.,五、注意事項 1為了方便，測量直徑應在導線連入電路前進行，為了準 確測量金屬絲的長度，應該在連入電路之后在拉直的情 況下進行 2本實驗中被測金屬絲的電阻值較小，故須采用電流表外 接法 3開關s閉合前，滑動變阻器的阻值要調至最大,4電流不宜太大(電流表用00.6 a量程)，通電時間不宜 太長，以免金屬絲溫度升高，導致電阻率在實驗過程 中變大 5實驗連線時，應先從電源的正極出發(fā)，依次將電源、 開關、電流表、待測金屬絲、滑動變阻器連成干路， 然后再把電壓表并聯(lián)在待測金屬絲的兩端,六、誤差分析 1金屬絲的橫截面積是利用直徑計算而得，直徑的測量是產生誤差的主要來源之一 2采用伏安法測量金屬絲的電阻時，由于采用的是電流表外接法，測量值小于真實值，使電阻率的測量值偏小 3金屬絲的長度測量、電流表和電壓表的讀數等會帶來偶然誤差 4由于金屬絲通電后發(fā)熱升溫，會使金屬絲的電阻率變大，造成測量誤差,(2009廣東高考)某實驗小組利用實驗室提供的器材探究一種金屬絲的電阻率所用的器材包括：輸出為3 v的直流穩(wěn)壓電源、電流表、待測金屬絲米尺、電阻箱、開關和導線等,(1)他們截取了一段金屬絲，拉直后固定在絕緣的米尺上，并在金屬絲上夾上一個小金屬夾，金屬夾可在金屬絲上移動請根據現(xiàn)有器材，設計實驗電路，并連接電路實物圖(圖實73甲所示),圖實73,(2)實驗的主要步驟如下： 正確連接電路，設定電阻箱的阻值，開啟電源，合上開關； 讀出電流表的示數，記錄金屬夾的位置； 斷開開關，_，合上開關，重復的操作,(3)該小組測得電流與金屬絲接入長度 關系的數據，并據此繪出了圖實75乙所示的關系圖線，其斜率為_a1m1(保留三位有效數字)；圖線縱軸截距與電源電動勢的乘積代表了 _的電阻之和,(4)他們使用刻度尺測量金屬絲的直徑是0.2 mm，圖實 75乙中圖線的斜率、電源電動勢和金屬絲橫截面 積的乘積代表的物理量是_，其數值 和單位為_(保留三位有效數字),解析 (3)k a1m110.5 a1m1.l0時縱軸截距與電動勢的乘積是 ，表示此時電路中的總電阻 (4)d0.01 mm20.00.200 mm. 由閉合電路歐姆定律可得ei(rrra)，又有r ，聯(lián)立得 ，可知斜率為 ，所以三者之積為電阻率，其值9.99107 m.,答案 (1)如圖實74所示,圖實74,(2)改變金屬絲上金屬夾的位置 (3)10.510.6 金屬絲接入長度為零時全電路(或電阻箱、電流表) (4)0.1980.202 mm 金屬絲的電阻率 9.691071.02106 m,(2010江門模擬)在“測定金屬的電阻率”的實驗中，用米尺測出金屬絲的長度l，金屬絲的電阻大約為5 ，先用伏安法測出金屬絲的電阻r，然后根據電阻定律計算出該金屬材料的電阻率,為此取來兩節(jié)新的干電池、電鍵和若干導線及下列器材： a電壓表03 v，內阻10 k b電壓表015 v，內阻50 k c電流表00.6 a，內阻0.05 d電流表03 a，內阻0.01 e滑動變阻器，010 f滑動變阻器，0100 (1)要求較準確地測出其阻值，電壓表應選_，電流表應選_，滑動變阻器應選_(填序號),(2)實驗中某同學的實物接線如圖實75所示，請指出 該同學實物接線中的兩處明顯錯誤,錯誤1：_； 錯誤2：_.,解析 因為兩節(jié)干電池的電動勢是3 v，用3 v量程的電壓表a；因為金屬絲的電阻大約為5 ，如果把3 v的電動勢全加在金屬絲上，電流才是0.6 a，因此用量程是0.6 a的電流表c；此題中金屬絲的電阻大約為5 ，為了減小實驗誤差，應選10 的滑動變阻器e.,答案 (1)a c e (2)錯誤1：導線連接在滑動變阻器的滑片上 錯誤2：采用了電流表內接法,一、實驗目的 1描繪小電珠的伏安特性曲線 2分析伏安特性曲線的變化規(guī)律,二、實驗原理 1用電流表測出流過小電珠的電流，用電壓表測出小電珠 兩端的電壓，測出多組(u，i)值，在ui坐標系中描出各對應點，用一條平滑的曲線將這些點連起來 2電流表外接：因為小電珠的電阻很小，如果電流表內接， 誤差明顯較大；滑動變阻器采用分壓式：使電壓能從零開始連續(xù)變化,3滑動變阻器的限流接法和分壓接法 (1)兩種接法比較,(2)限流電路、分壓電路的選擇原則 安全性原則：不超過電表的量程或允許通過的最大電流 方便性原則：便于調節(jié)，方便讀數 經濟性原則：以損耗能量最小為原則,(3)兩種接法的適用條件 限流式接法適合測量阻值小的電阻(與滑動變阻器總電阻相比相差不多或比滑動變阻器的總電阻還小)因為rx小，限流式中滑動變阻器分得電壓大，移動滑動觸頭調節(jié)范圍大 分壓式接法適合測量阻值較大的電阻(比滑動變阻器的總電阻大)因為rx大，分壓式中rx幾乎不影響電壓的分配，移動滑動觸頭電壓變化明顯，便于調節(jié) 以下幾種情況必須采用分壓接法：,a若采用限流式不能控制電路中電流滿足實驗要求，即不論怎樣調節(jié)滑動變阻器，待測電阻上的電流(或電壓)都會超過電流表(或電壓表)的量程，或超過待測電阻的額定電流，則必須選用分壓式接法 b若待測電阻的阻值比滑動變阻器總電阻大得多，以致在限流電路中，滑動變阻器的滑動觸頭從一端滑到另一端時，待測電阻上的電流或電壓變化范圍不夠大，不利于多次測量求平均值，此時，應改用分壓式接法,c若實驗中要求電壓從零開始連續(xù)可調，則必須采用分壓式接法 在兩種電路均可使用的情況下，應優(yōu)先采用限流式接法，因為限流式接法電路簡單、耗能低,4儀器的選擇 (1)電表的選擇：先估算電流或電壓值，在選擇電流表或電壓 表時，應使指針達到半偏以上 (2)滑動變阻器的選擇：實驗電路若采用限流式接法，一般選 用阻值適當大一些的滑動變阻器，但不可過大；實驗電路若采用分壓式接法，應選擇阻值小一些的滑動變阻器，以便于調節(jié)，但要注意其額定電壓和額定電流值 (3)電源的選擇：綜合考慮小燈泡、電壓表、電流表的量程以 及滑動變阻器的阻值，保證能為實驗提供合適的電流或電壓,三、實驗器材 小電珠(3.8 v,0.3 a)或(2.5 v,0.6 a)一個，電壓表(03 v15 v)與電流表(00.6 a3 a)各一個，滑動變阻器(最大阻值20 )一個，學生低壓直流電源(或電池組)，開關一個，導線若干，坐標紙、鉛筆,四、實驗操作 1實驗步驟 (1)根據小電珠上標示的額定電壓 和額定電流，選定電源的輸出 電壓和電表的量程； (2)將小電珠、電流表、電壓表、滑動變阻器、電源、開關用 導線連接成如圖實81所示的電路；,圖實81,(3)將滑動變阻器的觸頭移動到右端，閉合開關，調節(jié)滑動 變阻器，讀出并記錄多組u、i數值，將測量數據填入表 格中； (4)斷開開關，拆除電路，整理儀器,2數據處理 實驗中的u、i數據記入下表中：,(1)在坐標紙上以u為橫軸、i為縱軸建立坐標系，選取合適的 標度； (2)在坐標紙上描出以上各組數據所對應的點，用一條平滑 的曲線把這些點連起來，得到小電珠的伏安特性曲線,五、注意事項 1電路的連接方式 (1)電流表應采用外接法：因為小電珠(3.8 v,0.3 a)的電阻很 小，與00.6 a的電流表串聯(lián)時，電流表的分壓影響很大 (2)滑動變阻器應采用分壓式連接：目的是使小電珠兩端的 電壓能從零開始連續(xù)變化,2閉合開關s前，滑動變阻器的觸頭應移到使小電珠分得電 壓為零的一端，使開關閉合時小電珠的電壓從零開始變化，同時也是為了防止開關剛閉合時小電珠兩端因電壓過大而燒壞燈絲 3iu圖線在u01.0 v左右將發(fā)生明顯彎曲，故在u1.0 v左右繪點要密，以防出現(xiàn)較大誤差,4電流表選擇0.6 a量程，電壓表量程的選擇視小電珠的額定 電壓而定，即使用的若是“3.8 v,0.3 a”的小電珠，選用電壓表的15 v量程；若使用“2.5 v,0.6 a”的小電珠，則選用電壓表的3 v量程 5當小電珠的電壓接近額定值時要緩慢增加，到額定值記錄i 后馬上斷開開關 6誤差較大的點要舍去，iu圖線應是平滑曲線而非折線,六、誤差分析 1由于電壓表、電流表不是理想電表，內阻對電路的影響 會帶來誤差 2測量時電表讀數帶來誤差 3在坐標紙上描點、作圖帶來操作誤差,(2010聊城模擬)某課外學習小組想描繪標有“4 v,2 w”的小燈泡的ui圖象，除導線和開關外還備有以下器材可供選擇：,a電流表(量程0.6 a，內阻約為1 ) b電流表(量程3.0 a，內阻約為0.2 ) c電壓表(量程5.0 v，內阻約為5 k) d電壓表(量程15.0 v，內阻約為15 k) e滑動變阻器(最大阻值為200 ，額定電流100 ma) f滑動變阻器(最大阻值為10 ，額定電流1.0 a) g電源(電動勢為6.0 v，內阻約為1.5 ),(1)實驗中所用的電流表應選_；電壓表應選_； 滑動變阻器應選_(只需填器材前面的字母代號) (2)將圖實82甲中的實物連接成實驗所需的電路(有兩根導線已經接好)實驗開始時，滑動變阻器的滑片應該置于最_端(填“左”或“右”),圖實82,(3)經過正確的操作，測得的數據如下表：,請在圖實82乙中描點畫出小燈泡的ui曲線,(4)若某干電池的端電壓u與電流i的關系如圖乙中圖線a所示，那么將本題中的小燈泡接在該干電池的兩端時，小燈泡的實際功率是_w.,解析 (1)因小燈泡的額定電壓為4 v，額定電流i額 a0.5 a，故電壓表用c，電流表用a，因電路采用分壓式連接，滑動變阻器應該用f. (2)開關閉合前應使小燈泡兩端電壓為零，故滑動變阻器的滑片應置于最左端實物連線如圖實83甲所示,圖實83,(3)ui圖線如圖實83乙中b所示 (4)圖乙中a、b兩圖線的交點坐標表明：該小燈泡接在該電池兩端時，燈泡的電壓為u2.0 v，電流為i0.4 a，故小燈泡的實際功率為piu0.8 w.,答案 (1)a c f (2)左 實物連線如圖實83甲所示 (3)如圖實83乙中圖線b所示 (4)0.8,發(fā)光二極管是目前電 器指示燈廣泛使用的電子元件， 在電路中的符號是 只有 電流從標有“”號的一端流入， 從標有“”號的一端流出時，它 才能發(fā)光，這時可將它視為一個純電阻現(xiàn)有廠家提供的某型號的發(fā)光二極管的伏安特性曲線如圖實84所示,圖實84,(1)已知該型號發(fā)光二極管的正常工作電壓為2.0 v若用電動勢為12 v、內阻可以忽略不計的直流電源供電，為使該二極管正常工作，需要在電源和二極管之間串聯(lián)一只阻值為_ 的定值電阻 (2)已知該型號的發(fā)光二極管允許通過的最大電流為56 ma，請用實驗證明這種元件的伏安特性曲線與廠家提供的數據是否一致可選用的器材有：,待測發(fā)光二極管 直流電源e(電動勢4.5 v，內阻忽略不計) 滑動變阻器r(最大阻值為200 ) 電壓表v1(量程10 v，內阻約50 k) 電壓表v2(量程5 v，內阻約20 k) 電流表a1(量程100 ma，內阻