2019-2020學(xué)年高中物理第2章實(shí)驗(yàn)：測定金屬的電阻率學(xué)案新人教版選修3

1、實(shí)驗(yàn)：測定金屬的電阻率學(xué)習(xí)目標(biāo)1.掌握電流表、電壓表和滑動(dòng)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(xué)會(huì)利用伏安法測電阻，進(jìn)一步測出金屬絲的電阻率。一、游標(biāo)卡尺和螺旋測微器的讀數(shù)1 .游標(biāo)卡尺(1)原理：利用主尺的最小分度與游標(biāo)尺的最小分度的差值制成。不管游標(biāo)尺上有多少個(gè)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1mm。(2)精度：對應(yīng)關(guān)系為10分度0.1mm,20分度005mm,50分度002mm。(3)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(biāo)尺上讀出與主尺上某一刻線對齊的游標(biāo)的格數(shù)，則記錄結(jié)果表達(dá)為(x+KX精度)mm2 .螺旋測微器仆屋

2、«»*(1)原理：測微螺桿F與固定刻度B之間的精密螺紋的螺距為0.5mm即旋鈕D每旋轉(zhuǎn)一周，F(xiàn)前進(jìn)或后退05mm而可動(dòng)刻度E上的刻度為50等份,每轉(zhuǎn)動(dòng)一小格，F(xiàn)前進(jìn)或后退0.01mm,即螺旋測微器的精確度為0.01mm。讀數(shù)時(shí)估讀到毫米的千分位上，因此，螺旋測微器又叫千分尺。(2)讀數(shù)：測量時(shí)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(dòng)刻度讀出。測量值(mm)=固定刻度數(shù)(mm)(注意半毫米刻度線是否露出)+可動(dòng)刻度數(shù)(估讀位)x0.01(mm)二、實(shí)驗(yàn)原理和方法RSp =丁，因此，只要測出金屬絲的長度1、橫截面積S和金屬絲的電阻R,即可求出金屬絲的電阻率P。U1

3、.把金屬絲接入電路中，用伏安法測金屬絲的電阻RR=-。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,算出橫截面積事RS3 .將測量的數(shù)據(jù)代入公式上二廠求金屬絲的電阻率。三、實(shí)驗(yàn)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(dòng)變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線若干。四、實(shí)驗(yàn)步驟1 .直徑測定用螺旋測微器在被測金屬導(dǎo)線上的三個(gè)不同位置各測一次直徑,求出其平均值d,計(jì)算出導(dǎo)線的橫截面積S=d=o42 .電路連接按如圖所示的原理電路圖連接好用伏安法測電阻的實(shí)驗(yàn)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(dǎo)線的有效長度反復(fù)測量3次，求出其平均值l。

4、4 .UI測量把滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)片調(diào)節(jié)到使接入電路中的電阻值最大的位卷電路經(jīng)檢查確認(rèn)無誤后，閉合開關(guān)S,改變滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)片的位置，讀出幾組相應(yīng)的電流表、電壓表的示數(shù)I和U的值，記入表格內(nèi)，斷開開關(guān)S。5 .拆去實(shí)驗(yàn)線路，整理好實(shí)驗(yàn)器材。五、數(shù)據(jù)處理1 .在求R的平均值時(shí)可用兩種方法(1)用R=U分別算出各次的數(shù)值，再取平均值。(2)用U-I圖線的斜率求出。2 .計(jì)算電阻率2將記錄的數(shù)據(jù)R、1、d的值代入電阻率計(jì)算式P=RXS5=J4|d=o六、誤差分析1 .金屬絲的橫截面積是利用直徑計(jì)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(shí)，由于采用的是電流表外接法，測

5、量值小于真實(shí)值，使電阻率的測量值偏小二3 .金屬絲的長度測量、電流表和電壓表的讀數(shù)等會(huì)帶來偶然誤差。4 .由于金屬絲通電后發(fā)熱升溫，會(huì)使金屬絲的電阻率變大，造座測量誤差。七、注意事項(xiàng)1 .本實(shí)驗(yàn)中被測金屬導(dǎo)線的電阻值較小，因此實(shí)驗(yàn)電路一般采用電流表外接法。2 .實(shí)驗(yàn)連線時(shí)，應(yīng)先從電源的正極出發(fā)，依次將電源、開關(guān)、電流表、待測金屬導(dǎo)線、滑動(dòng)變阻器連成主干線路，然后再把電壓表并聯(lián)在待測金屬導(dǎo)線的兩端。3 .測量被測金屬導(dǎo)線的有效長度，是指測量待測導(dǎo)線接入電路的兩個(gè)端點(diǎn)之間的長度，亦即電壓表兩端點(diǎn)間的待測導(dǎo)線長度，測量時(shí)應(yīng)將導(dǎo)線拉直，反復(fù)測量三次，求其平均值。4 .測金屬導(dǎo)線直徑一定要選三個(gè)不同部位

6、進(jìn)行測量，求其平均值。5 .閉合開關(guān)S之前，一定要使滑動(dòng)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(shí)，通過待測導(dǎo)線白電流強(qiáng)度I不宜過大(電流表用。0.6A量程)，通電時(shí)間不宜過長，以免金屬導(dǎo)線的溫度明顯升高，造成其電阻率在實(shí)驗(yàn)過程中逐漸增大。7 .求R的平均值時(shí)可用兩種方法：第一種是用R=U算出各次的測量值，再取平均值；第二種是用圖象(U-I圖線)來求出。若采用圖象法，在描點(diǎn)時(shí)，要盡量使各點(diǎn)間的距離拉大一些，連線時(shí)要盡可能地讓各點(diǎn)均勻分布在直線的兩側(cè)，個(gè)別明顯偏離較遠(yuǎn)的點(diǎn)可以不予考慮。1】某同學(xué)利用游標(biāo)卡尺和螺旋測微器分別測量一圓柱體工件的直徑和高度，測量結(jié)果如圖(a)和(b

7、)所示。該工件的直徑為cm,高度為mm(a)(b)一、，一，一，一,1解析游標(biāo)卡尺讀數(shù)為d=12mm+4*20mm=12.20mm=1.220cm螺旋測微器的讀數(shù)為h=6.5mm+36.1x0.01mm=6.861mm。答案1.2206.861(1)游標(biāo)卡尺不需要估讀，讀數(shù)結(jié)果10分度為xx.xmm-位小數(shù)，20分度和50分度為XX.XXmmw位小數(shù)，換算單位時(shí)只需要移動(dòng)小數(shù)點(diǎn)，最后一位數(shù)字即使是0也不能抹掉。(2)螺旋測微器需要估讀，讀數(shù)結(jié)果為X.XXXmm三位小數(shù)，需要特別注意半毫米刻度線是否露出?！纠?】在做“測定金屬的電阻率”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要對金屬絲的電阻進(jìn)行測量，已知金屬絲的電阻值Rx

8、約為20Qo一位同學(xué)用伏安法對這個(gè)電阻的阻值進(jìn)行了比較精確的測量，這位同學(xué)想使被測電阻R兩端的電壓變化范圍盡可能的大。他可選用的器材有：電源E：電動(dòng)勢為8V,內(nèi)阻為1.0Q；電流表A:量程0.6A,內(nèi)阻約為0.50Q;電壓表V:量程10V,內(nèi)阻約為10kQ;滑動(dòng)變阻器R最大電阻值為5.0開關(guān)一個(gè)，導(dǎo)線若干。(1)根據(jù)上述條件，測量時(shí)電流表應(yīng)采用(選填“外接法”或“內(nèi)接法”)。(2)在方框內(nèi)畫出實(shí)驗(yàn)電路圖。若在上述實(shí)驗(yàn)中，電流表的示數(shù)為I,電壓表的示數(shù)為U,且電流表內(nèi)阻R和電壓表內(nèi)阻R均為已知量，用測量物理量和電表內(nèi)阻計(jì)算金屬絲電阻的表達(dá)式R=。解析(1)待測電阻約為20Q,是電流表內(nèi)阻的40倍

9、，但電壓表內(nèi)阻是待測電阻的500倍，故采用外接法。(2)因?yàn)橐筊兩端的電壓變化范圍盡可能的大，所以滑動(dòng)變阻器要采用分壓式，電路圖如圖所示。(3)電壓表分得的電流為Iv=R,所以R中的電流為UiUIx=IIv=I,則R=J=URO,U IRV- U I-R答案(1)外接法 (2)見解析圖URIRv-URIx【例3】某同學(xué)用伏安法測量導(dǎo)體的電阻，現(xiàn)有量程為3V、內(nèi)阻約為3kQ的電壓表和量程為0.6A、內(nèi)阻約為0.1Q的電流表。采用分壓電路接線，圖甲是實(shí)物的部分連線圖，待測電阻為圖乙中的R,其阻值約為5Qo(1)測R阻值的最優(yōu)連接方式為導(dǎo)線連接(選填a或b)、導(dǎo)線連接(選填c或d)。(2)正確接線

10、測得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表，用作圖法求得R的阻值為Q。UV0.400.801.201.602.002.40I/A0.090.190.270.350.440.53(3)已知圖乙中R2與R是材料相同、厚度相等、表面為正方形的兩導(dǎo)體，R的邊長是R,1_,一，的而，若測R的阻值，則最優(yōu)的連線應(yīng)選(填選項(xiàng))。A.連接a,連接cB.連接a,連接dC.連接b,連接cD.連接b,連接d解析(1)由于實(shí)驗(yàn)測量的是一個(gè)小電阻，故電流表應(yīng)外接，因此導(dǎo)線接a,由于采用分壓電路，故導(dǎo)線應(yīng)接do(2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出R的U-I曲線如圖所示，圖線的斜率即為電阻R的大小，由圖象可知，R=4.6Qo(3)設(shè)R的邊長為l,厚度為h,電阻率

11、為p,根據(jù)電阻定律，得R=p1=±,R的阻hlhl10o值R=pI=t=R,故測量R的電路同測量R的電路，故選項(xiàng)B正確。h10答案(1)ad(2)作圖見解析，4.6(4.44.7均可)(3)B(1) 作圖象時(shí)，應(yīng)使大多數(shù)的點(diǎn)在直線或平滑的曲線上，不在線上的點(diǎn)盡量均勻分布在它們的兩側(cè)，誤差較大的點(diǎn)舍去不用。(2) 偶然誤差與系統(tǒng)誤差的關(guān)系偶然誤差：由于各種偶然因素對實(shí)驗(yàn)者、測量儀器、被測物理量的影響而產(chǎn)生的。通過多次測量求平均值(或采用圖象法處理數(shù)據(jù))可減小偶然誤差。系統(tǒng)誤差：由于儀器本身不精密，實(shí)驗(yàn)方法粗略或?qū)嶒?yàn)原理不完善而產(chǎn)生的。通過校準(zhǔn)儀器或改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理可減小誤差。

12、1(多選)在“測定金屬的電阻率”的實(shí)驗(yàn)中，以下操作中錯(cuò)誤的是()A.用米尺測量金屬絲的全長，且測量三次，算出其平均值，然后再將金屬絲接入電路中B.用螺旋測微器在金屬絲三個(gè)不同部位各測量一次直徑，算出其平均值C.用伏安法測電阻時(shí)，采用電流表內(nèi)接法，多次測量后算出平均值D.實(shí)驗(yàn)中應(yīng)保持金屬絲的溫度不變AC實(shí)驗(yàn)中應(yīng)測量出金屬絲接入電路中的有效長度，而不是全長；金屬絲的電阻很小，與電壓表內(nèi)阻相差很大，使金屬絲與電壓表并聯(lián)，電壓表對它分流作用很小，應(yīng)采用電流表外接法。故AC操作錯(cuò)誤。2 某同學(xué)測定一金屬桿的長度和直徑，示數(shù)如圖甲、乙所示，則該金屬桿的長度和直徑分別為cm和mm。乙解析金屬桿長度由刻度尺示

13、數(shù)可得，由題圖甲得L=60.10cmo由題圖乙知，此游標(biāo)尺為50分度，游標(biāo)尺上第10刻線與主尺上一刻線對齊，則金屬桿直徑為d=4mmFxi0mm50=4.20mm。答案60.104.203 .(1)如圖甲、乙所示的兩把游標(biāo)卡尺，它們的游標(biāo)尺分別為9mm長10等分、19mm220等分，則讀數(shù)依次為mmmm甲乙(2)使用螺旋測微器測量金屬絲的直徑，示數(shù)如圖所示，則金屬絲的直徑是mm加解析(1)題圖甲讀數(shù)：整毫米是17,不足1毫米數(shù)是5X0.1mm.Q=0.5mm,最后結(jié)果是17mm+0.5mm=17.5mm。題圖乙讀數(shù)：整毫米是23,不足1毫米數(shù)是7X0.05mm=0.35mm,最后結(jié)果是23mm

14、+0.35mm=23.35mm。(2)固定刻度示數(shù)為2.0mm,不足半毫米的從可動(dòng)刻度上讀，其示數(shù)為14.0,最后的讀數(shù)：2.0mm+14.0X0.01mm=2.140mm。答案(1)17.523.35(2)2.1404在“測定金屬絲的電阻率”的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)進(jìn)行了如下測量：(1) 用毫米刻度尺測量接入電路中的被測金屬絲的有效長度。測量3次，求出其平均值l。其中一次測量結(jié)果如圖甲所示，金屬絲的另一端與刻度尺的零刻線對齊，圖中讀數(shù)為cm。用螺旋測微器測量金屬絲的直徑，選不同的位置測量3次，求出其平均值D。其中一次測量結(jié)果如圖乙所示，圖中讀數(shù)為mm。甲乙(2) 采用如圖所示的電路測量金屬絲的電阻。

15、電阻的測量值比真實(shí)值(選填“偏大”或“偏小”)。最后由公式p=計(jì)算出金屬絲的電阻率(用直接測量的物理量表示)。(3)請你根據(jù)電路圖在實(shí)物圖中進(jìn)行實(shí)物連線。(電流表選0.6A量程，電壓表選程)解析(1)金屬絲的長度為24.1224.14cm直徑讀數(shù)為0.5150.518 mm。(2)采用安培表外接法，由于電壓表的內(nèi)阻不是無窮大，電壓表有分流，從而電流表的測量值大于真實(shí)值，由R=#可知，電阻的測量值小于真實(shí)值。工lU12r小兀'U由R=pS，R=I",S=nd,可得p=4I。(3)實(shí)物連接如圖所示。答案(1)24.1224.140.5150.518(2)偏小兀d2U.見解析圖R=

16、0.5 Q,允許通過的最大電流5,現(xiàn)在要測量一段電阻絲的電阻率p,電阻絲的阻值為0.5A?，F(xiàn)提供如下器材:電流表A（量程0.6A,內(nèi)阻約0.6Q）電壓表V（量程3V,內(nèi)阻約3kQ）待測的電阻絲R（阻值約為0.5Q）標(biāo)準(zhǔn)電阻R（阻值5Q）滑動(dòng)變阻器R（5Q,2A）滑動(dòng)變阻器R(200Q,1.5A)直流電源E（電動(dòng)勢6V）開關(guān)S導(dǎo)線若嚇（1）下面四位同學(xué)分別設(shè)計(jì)的“測量部分”的電路，你認(rèn)為合理的是CD(2)實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器應(yīng)該選擇(選填"R”或"R”)，并采用接法。(3) 根據(jù)你在(1)、(2)中的選擇，在圖中完成實(shí)驗(yàn)電路的連接。(4)實(shí)驗(yàn)中，如果兩電表的讀數(shù)分別為U和I,測得拉直后電阻絲的長度為L,直徑為D,則待測電阻絲的電阻率p的計(jì)算式為p=。(5)用螺旋測微器測量待測電阻絲的直徑時(shí)讀數(shù)如圖所示，則該電阻絲的直徑D=mmio解析(1)電阻絲R兩端的最大電壓U=IRx=0.25V,比電壓表量程小得多，需要串聯(lián)一分壓電阻，即串聯(lián)一標(biāo)準(zhǔn)電阻R,此時(shí)r+r<VRM,電流表采用外接法，選項(xiàng)C正確。(2)滑動(dòng)變阻器若選用R或采用限流接法，調(diào)控范圍小，應(yīng)選擇R,