第25講 實驗探究決定導線電阻的因素

1、2016屆高考物理教學案 第25講 實驗 ：探究決定導線電阻的因素一、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掌握螺旋測微器的使用方法和讀數(shù)方法。3學會利用伏安法測電阻，進一步測出金屬絲的電阻率。二、實驗原理由R得，因此，只要測出金屬絲的長度l、橫截面積S和金屬絲的電阻R，即可求出金屬絲的電阻率。1把金屬絲接入電路中，用伏安法測金屬絲的電阻R(R)。電路原理如圖所示。2用毫米刻度尺測量金屬絲的長度l，用螺旋測微器量得金屬絲的直徑，算出橫截面積S。3將測量的數(shù)據(jù)代入公式求金屬絲的電阻率。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

2、干。四、螺旋測微器、游標卡尺的使用1螺旋測微器的構造原理及讀數(shù)(1)螺旋測微器的構造如圖所示是常用的螺旋測微器。它的測砧A和固定刻度B固定在尺架C上。旋鈕D、微調旋鈕D和可動刻度E、測微螺桿F連在一起，通過精密螺紋套在B上。(2)螺旋測微器的原理測微螺桿F與固定刻度B之間的精密螺紋的螺距為0.5 mm，即旋鈕D每旋轉一周，F(xiàn)前進或后退0.5mm，而可動刻度E上的刻度為50等份，每轉動一小格，F(xiàn)前進或后退0.01 mm，即螺旋測微器的精確度為0.01 mm。讀數(shù)時估讀到毫米的千分位上，因此，螺旋測微器又叫千分尺。(3)讀數(shù)：測量時被測物體長度的整毫米數(shù)由固定刻度讀出，小數(shù)部分由可動刻度讀出。測量

3、值(mm)固定刻度數(shù)(mm)(注意半毫米刻度線是否露出)可動刻度數(shù)(估讀一位)0.01(mm)如圖所示，固定刻度示數(shù)為2.0 mm，不足半毫米而從可動刻度上讀的示數(shù)為15.0，最后的讀數(shù)為：2.0 mm15.00.01 mm2.150 mm。2游標卡尺 (1)構造：主尺、游標尺(主尺和游標尺上各有一個內外測量爪)、游標尺上還有一個深度尺，尺身上還有一個緊固螺釘。(2)用途：測量厚度、長度、深度、內徑、外徑。(3)原理：利用主尺的最小分度與游標尺的最小分度的差值制成。不管游標尺上有多少個小等分刻度，它的刻度部分的總長度比主尺上的同樣多的小等分刻度少1 mm。常見的游標卡尺的游標尺上小等分刻度有1

4、0個的、20個的、50個的，見下表：刻度格數(shù)(分度)刻度總長度每小格與1 mm的差值精確度(可準確到)109 mm0.1 mm0.1 mm2019 mm0.05 mm0.05 mm5049 mm0.02 mm0.02 mm(4)讀數(shù)：若用x表示由主尺上讀出的整毫米數(shù)，K表示從游標尺上讀出與主尺上某一刻線對齊的游標的格數(shù)，則記錄結果表達為(xK精確度) mm。五、伏安法測電阻1電流表的內接法和外接法的比較內接法外接法電路圖誤差原因電流表分壓U測UxUA電壓表分流I測IxIV電阻測量值R測RxRARx測量值大于真實值R測Rx測量值小于真實值適用條件RARxRVRx適用于測量大阻值電阻小阻值電阻2兩

5、種電路的選擇(1)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”。(2)臨界值計算法：Rx時，用電流表內接法。(3)實驗試探法：按圖所示接好電路，讓電壓表一根接線柱P先后與a、b處接觸一下，如果電壓表的示數(shù)有較大的變化，而電流表的示數(shù)變化不大，則可采用電流表外接法；如果電流表的示數(shù)有較大的變化，而電壓表的示數(shù)變化不大，則可采用電流表內接法。六、實驗步驟1直徑測定用螺旋測微器在被測金屬導線上的三個不同位置各測一次直徑，求出其平均值d，計算出導線的橫截面積S。2電路連接按如圖所示的原理電

6、路圖連接好用伏安法測電阻的實驗電路。3長度測量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。4U、I測量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(jīng)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(shù)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。七、數(shù)據(jù)處理1在求Rx的平均值時可用兩種方法(1)用Rx分別算出各次的數(shù)值，再取平均值。(2)用UI圖線的斜率求出。2計算電阻率將記錄的數(shù)據(jù)Rx、l、d的值代入電阻率計算式Rx。八、注意事項1本實驗中被測金屬導線的電阻值較小，因此實驗電路

7、一般采用電流表外接法。2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、待測金屬導線、滑動變阻器連成主干線路(閉合電路)，然后再把電壓表并聯(lián)在待測金屬導線的兩端。3測量被測金屬導線的有效長度，是指測量待測導線接入電路的兩個端點之間的長度，亦即電壓表兩端點間的待測導線長度，測量時應將導線拉直，反復測量三次，求其平均值。4測金屬導線直徑一定要選三個不同部位進行測量，求其平均值。5閉合開關S之前，一定要使滑動變阻器的滑片處在有效電阻值最大的位置。6在用伏安法測電阻時，通過待測導線的電流強度I不宜過大(電流表用00.6 A量程)，通電時間不宜過長，以免金屬導線的溫度明顯升高，造成其電阻率在

8、實驗過程中逐漸增大。7求R的平均值時可用兩種方法：第一種是用RU/I算出各次的測量值，再取平均值；第二種是用圖像(UI圖線)來求出。若采用圖像法，在描點時，要盡量使各點間的距離拉大一些，連線時要盡可能地讓各點均勻分布在直線的兩側，個別明顯偏離較遠的點可以不予考慮。九、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(chǎn)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(shù)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。例1：某同學通過實驗測定一個

9、阻值約為5 的電阻Rx的阻值。(1)現(xiàn)有電源(4 V，內阻可不計)、滑動變阻器(050 ，額定電流2 A)、開關和導線若干，以及下列電表：A電流表(03 A，內阻約0.025 )B電流表(00.6 A，內阻約0.125 )C電壓表(03 V，內阻約3 k)D電壓表(015 V，內阻約15 k)為減小測量誤差，在實驗中，電流表應選用_，電壓表應選用_(選填器材前的字母)；實驗電路應采用圖中的_(選填“甲”或“乙”)。 (2)圖是測量Rx的實驗器材實物圖，圖中已連接了部分導線。請根據(jù)在(1)問中所選的電路圖，補充完成圖中實物間的連線。(3)接通開關，改變滑動變阻器滑片P的位置，并記錄對應的電流表示

10、數(shù)I、電壓表示數(shù)U。某次電表示數(shù)如圖所示，可得該電阻的測量值Rx_(保留兩位有效數(shù)字)。 (4)若在(1)問中選用甲電路，產(chǎn)生誤差的主要原因是_；若在(1)問中選用乙電路，產(chǎn)生誤差的主要原因是_。(選填選項前的字母)A電流表測量值小于流經(jīng)Rx的電流值B電流表測量值大于流經(jīng)Rx的電流值C電壓表測量值小于Rx兩端的電壓值D電壓表測量值大于Rx兩端的電壓值(5)在不損壞電表的前提下，將滑動變阻器滑片P從一端滑向另一端，隨滑片P移動距離x的增加，被測電阻Rx兩端的電壓U也隨之增加，下列反映Ux關系的示意圖中正確的是_。 解析(1)電源電動勢E4 V，被測電阻Rx5 ，則Imax A0.8 A，電流表若

11、選A，讀數(shù)時誤差較大，因此電流表應選B；考慮電壓表測量電壓時的指針轉動范圍，電壓表應選C。由于Rx，故電流表應選擇外接法(甲圖)。(2)見答案。(3)題圖中的電流表示數(shù)I0.50 A，電壓表示數(shù)U2.60 V，故Rx5.2 。(4)甲電路中產(chǎn)生誤差的原因是由于電壓表的分流作用，使電流表的示數(shù)大于流過Rx的電流，選項B正確；乙電路的誤差來源于電流表的分壓作用，電壓表示數(shù)為Rx和電流表的電壓之和，選項D正確。(5)x增加，U隨之增加，說明變阻器接入電路的電阻R隨x的增加而減小。設變阻器的總阻值為R0，滑片P從一端滑向另一端移動的距離為L。忽略電壓表、電流表的內阻對電路的影響，則被測電阻Rx兩端電壓

12、UE，由這一關系式分析可知，選項A正確。答案(1)BC甲(2)如圖所示 (3)5.2(4)BD(5)A例2：在“測定金屬的電阻率”實驗中，所用測量儀器均已校準。待測金屬絲接入電路部分的長度約為50 cm。(1)用螺旋測微器測量金屬絲的直徑，其中某一次測量結果如圖所示，其讀數(shù)應為_mm(該值接近多次測量的平均值)。 (2)用伏安法測金屬絲的電阻Rx。實驗所用器材為：電池組(電動勢3 V，內阻約1 )、電流表(內阻約0.1 )、電壓表(內阻約3 k)、滑動變阻器R(020 ，額定電流2 A)、開關、導線若干。某小組同學利用以上器材正確連接好電路，進行實驗測量，記錄數(shù)據(jù)如下：次數(shù)1234567U/V

13、0.100.300.701.001.501.702.30I/A0.0200.0600.1600.2200.3400.4600.520由以上實驗數(shù)據(jù)可知，他們測量Rx是采用圖中的_圖(選填“甲”或“乙”)。 (3)圖是測量Rx的實驗器材實物圖，圖中已連接了部分導線，滑動變阻器的滑片P置于變阻器的一端。請根據(jù)(2)所選的電路圖，補充完成圖中實物間的連線，并使閉合開關的瞬間，電壓表或電流表不至于被燒壞。圖實518 (4)這個小組的同學在坐標紙上建立U、I坐標系，如圖所示，圖中已標出了與測量數(shù)據(jù)對應的4個坐標點。請在圖中標出第2、4、6次測量數(shù)據(jù)的坐標點，并描繪出UI圖線。由圖線得到金屬絲的阻值Rx_

14、(保留兩位有效數(shù)字)。(5)根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以估算出金屬絲電阻率約為_(填選項前的符號)。A1102mB1103mC1106m D1108m(6)任何實驗測量都存在誤差。本實驗所用測量儀器均已校準。下列關于誤差的說法中正確的選項是_(有多個正確選項)。A用螺旋測微器測量金屬絲直徑時，由于讀數(shù)引起的誤差屬于系統(tǒng)誤差B由于電流表和電壓表內阻引起的誤差屬于偶然誤差C若將電流表和電壓表的內阻計算在內，可以消除由測量儀表引起的系統(tǒng)誤差D用UI圖像處理數(shù)據(jù)求金屬絲電阻可以減小偶然誤差解析(1)螺旋測微器的讀數(shù)為0 mm39.70.01 mm0.397 mm(2)通過給定的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)電壓接近從0開始，故滑動變阻

15、器采用的是分壓式接法。(3)對滑動變阻器的分壓式接法，連線時應使測量電路在開始時分到的電壓為0。實物連接如圖實520(a)所示。(4)圖線應過原點，且使大多數(shù)點在一條直線上，不在直線上的點均勻分布在直線兩側。圖線的斜率反映了金屬絲的電阻，所以Rx4.5 。如圖(b)所示。 (5)由Rl/S，S(d/2)2，取d4104m、l0.5 m、R4.5 ，解出1106m。(6)由于讀數(shù)引起的誤差屬于偶然誤差，選項A錯誤；由于電流表、電壓表內阻引起的誤差為系統(tǒng)誤差，若將電流表和電壓表的內阻計算在內，則可以消除系統(tǒng)誤差，選項B錯誤，選項C正確；利用UI圖像處理數(shù)據(jù)，相當于多次測量取平均值，可以減小偶然誤差

16、，選項D正確。答案(1)0.397(0.3950.399均可)(2)甲(3)見解析圖(4)見解析圖4.5(4.34.7均可)(5)C(6)CD課后作業(yè) 班級 姓名 學號 1在“測金屬的電阻率”的實驗中，分別用游標卡尺和螺旋測微器測出用金屬材料制成的一段圓柱體的長度和橫截面的直徑如圖所示。則該圓柱體的長度為_ mm，橫截面的直徑為_ mm。解析：根據(jù)游標卡尺讀數(shù)規(guī)則，該圓柱體的長度為49 mm20.05 mm49.10 mm，根據(jù)螺旋測微器讀數(shù)規(guī)則，圓柱體橫截面的直徑為4.5 mm20.20.01 mm4.702 mm。答案：49.104.7022(1)在測定一根粗細均勻合金絲電阻率的實驗中，利

17、用螺旋測微器測定合金絲直徑的過程如圖所示，校零時的讀數(shù)為_ mm，合金絲的直徑為_mm。 (2)為了精確測量合金絲的電阻Rx，設計出如圖甲所示的實驗電路圖，按照該電路圖完成圖乙中的實物電路連接。解析：(1)由于螺旋測微器開始起點有誤差，估讀為0.007 mm，測量后要去掉開始誤差。(2)將電表連入電路時注意電流要從正接線柱流入，掌握滑動變阻器的分壓接法。答案：(1)0.0070.638(2)如圖所示3某同學測量阻值約為25 k的電阻Rx，現(xiàn)備有下列器材：A電流表(量程100 A，內阻約2 k)；B電流表(量程500 A，內阻約300 )；C電壓表(量程15 V，內阻約100 k)；D電壓表(量

18、程50 V，內阻約500 k)；E直流電源(20 V，允許最大電流1 A)；F滑動變阻器(最大阻值1 k，額定功率1 W)；G電鍵和導線若干。電流表應選_，電壓表應選_。(填字母代號)該同學正確選擇儀器后連接了以下電路，為保證實驗順利進行，并使測量誤差盡量減小，實驗前請你檢查該電路，指出電路在接線上存在的問題：_；_。解析：直流電源的電壓為20 V，為了提高讀數(shù)準確度應該選擇電壓表C，因此待測電阻兩端電壓不得超過15 V，則通過的電流不超過I600 A，電流表應該選B。為了減小誤差電流表應采用內接法，因為滑動變阻器的阻值遠小于待測電阻的阻值，若串聯(lián)，限流效果不明顯，應該采用分壓接法接入電路。答

19、案：BC電流表應采用內接法滑動變阻器應采用分壓式接法4用伏安法測量電阻阻值R，并求出電阻率。給定電壓表(內阻約為50 k)、電流表(內阻約為40 )、滑動變阻器、電源、開關、待測電阻(約為250 )及導線若干。 (1)如圖甲所示電路圖中，電壓表應接_點。(填“a”或“b”)(2)圖乙中的6個點表示實驗中測得的6組電流I、電壓U的值，試作圖并求出電阻阻值R_ 。(保留3位有效數(shù)字)(3)待測電阻是一均勻材料制成的圓柱體，用游標為50分度的卡尺測量其長度與直徑，結果分別如圖丙、圖丁所示。由圖可知其長度為_ mm，直徑為_ mm。(4)由以上數(shù)據(jù)可求出_ m。(保留3位有效數(shù)字)解析：(1)Rx，應

20、采用電流表外接法，故電壓表應接a點。(2)作圖為過原點的直線，其中第2個點誤差較大，應舍棄，如圖所示。圖線的斜率即為電阻阻值，R229 。(3)50分度游標卡尺的精確度為0.02 mm，由圖可知其長度為(80.022)mm8.04 mm，直徑為(10.0246)mm1.92 mm。(4)由公式可求得電阻率為8.24102 m。答案：(1)a(2)作圖見解析229(221237均可)(3)8.041.92(4)8.241025小明利用實驗室提供的器材測量某種電阻絲材料的電阻率，所用電阻絲的電阻約為20 。他首先把電阻絲拉直后將其兩端固定在刻度尺兩端的接線柱a和b上，在電阻絲上夾上一個與接線柱c相連的小金屬夾，沿電阻絲移動金屬夾，可改變其與電阻絲接觸點P的位置，從而改變接入電路中電阻絲的長度?？晒┻x擇的器材還有：電池組E(電動勢為3.0 V，內阻約1 )；電流表A1(量程0100 mA，內阻約5 )；電流表A2(量程00.6 A，內阻約0.2 )；電阻箱R(0999.9 ); 開關、導線若干。小明的實驗操作步驟如下：A用螺旋測微器在電阻絲上三個不同的位置分別測量電阻絲的直徑；B根據(jù)所提供的實驗器材，設計并連接好如圖實722甲所示的實驗電路；C調