創(chuàng)新大課堂2017屆新課標(biāo)高考物理一輪課件7實驗7測定金屬電阻率

第七章 恒定電流實驗七 測定金屬的電阻率[基礎(chǔ)梳理]一、實驗?zāi)康恼莆章菪郎y微器的原理及讀數(shù)方法．掌握電流表、電壓表和滑動變阻器的使用方法及電流表和電壓表的讀數(shù)方法．會用伏安法測電阻，并能測定金屬的電阻率．二、實驗原理把金屬絲接入電路中，用伏安法測金屬絲的電阻

R(R

U

．電路原理圖如圖所示．＝

I

)用毫米刻度尺量得金屬絲接人電路的長度l，用螺旋測微器量得金屬絲的直徑，算出橫截面積

S.S3．利用電阻定律R＝ρl

，得金屬絲電阻率ρ＝RSl

.三、實驗器材毫米刻度尺、螺旋測微器、直流電流表和直流電壓表、滑動變阻器(阻值范圍0～50Ω)、電池組、開關(guān)、被測金屬絲、導(dǎo)線若干．四、實驗步驟1．直徑測定：用螺旋測微器在被測金屬絲上的三個不同位置各測一次直徑，求出其平均值d，計算出金屬絲的橫截面πd2積

S＝

4

.2．電路連接：按如圖所示的電路原理圖連接好用伏安法測電阻的實驗電路．長度測量：用毫米刻度尺測量接入電路中的被測金屬絲的有效長度，反復(fù)測量3次，求出其平均值l.U、I測量：把滑動變阻器的滑片調(diào)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(rèn)無誤后，閉合開關(guān)S，改變滑動變阻器滑片的位置，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.UIRx5.拆除實驗線路，整理好實驗器材．五、注意事項1.測量被測金屬導(dǎo)線的有效長度，是指測量待測導(dǎo)線接入電路的兩個端點之間的長度，亦即電壓表并入的待測導(dǎo)線長度，測量時應(yīng)將導(dǎo)線拉直．為了準(zhǔn)確，應(yīng)在金屬絲連入電路前測其直徑并求平均值，應(yīng)測量拉直懸空的連入電路的金屬絲的有效長度，且測三次，取平均值．2.本實驗中被測金屬導(dǎo)線的電阻值較小，因此實驗電路必須采用電流表外接法．使用前若指針未對準(zhǔn)零刻度線，應(yīng)進行零點調(diào)整(機械調(diào)零)．選擇合適的量程：使得測量時指針偏轉(zhuǎn)角度要盡可能1大，一般要求超過量程的3，但又不能超過量程．(3)電流表應(yīng)串聯(lián)在被測電路中，電壓表應(yīng)并聯(lián)在被測電路兩端．電流“＋”“－”接線柱不能接反．3.實驗連線時，應(yīng)先從電源的正極出發(fā)，依次將電源、電鍵、電流表、待測金屬導(dǎo)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(dǎo)線的兩端．4.閉合電鍵S之前，一定要使滑動變阻器的滑動片處在有效電阻值最大的位置．5.在用伏安法測電阻時，通過待測導(dǎo)線的電流I的值不宜過大(電流表用0～0.6A量程)，通電時間不宜過長，以免金屬導(dǎo)線的溫度明顯升高，造成其電阻率在實驗過程中逐漸增大．為準(zhǔn)確求出R平均值，應(yīng)采用U－I圖象法求電阻．6.對螺旋測微器讀數(shù)時，毫米的整數(shù)部分由固定刻度讀出，并且注意半毫米刻度線是否露出．六、誤差分析[方法規(guī)律]一、游標(biāo)卡尺，螺旋測微器的使用和讀數(shù)1．游標(biāo)卡尺(1)構(gòu)造：主尺，游標(biāo)尺(主尺和游標(biāo)尺上各有一個內(nèi)、外測量爪)，游標(biāo)尺上還有一個深度尺(如圖所示)．(2)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.常見的游標(biāo)卡尺的游標(biāo)尺上小等分刻度有10格的、20格的、50格的，其讀數(shù)見下表：刻度格數(shù)(分度)刻度總長度每小格與1mm的差值精確度(可準(zhǔn)確到)109mm0.1

mm0.1

mm2019

mm0.05

mm0.05

mm5049

mm0.02

mm0.02

mm讀數(shù)：若用x

表示從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)果表示為(x＋K×精確度)mm，需要注意的是，不管是哪種卡尺，K

值均不需要向后估讀一位．游標(biāo)卡尺的讀數(shù)應(yīng)注意以下幾點①看清精確度例如(圖甲)2.螺旋測微器(1)構(gòu)造：如圖，S為固定刻度，H為可動刻度．(2)原理：可動刻度H

上的刻度為50

等份，則螺旋測微器的精確度為0.01

mm.(3)讀數(shù)①測量時被測物體長度的半毫米數(shù)由固定刻度讀出，不足半毫米部分由可動刻度讀出.②測量值(mm)＝固定刻度數(shù)(mm)(注意半毫米刻度線是否露出)＋可動刻度數(shù)(估讀一位)×0.01(mm)二、數(shù)據(jù)處理1.在求R

的平均值時可用兩種方法U(1)第一種是用R＝

I

算出各次的數(shù)值，再取平均值；(2)第二種是用U－I

圖線的斜率求出．2.計算電阻率：將記錄的數(shù)據(jù)R、l、d

的值，代入電阻率S

πd2U計算公式

ρ＝Rl

＝

4lI

.考向一儀器、儀表的使用及讀數(shù)典例1(1)如圖1所示的三把游標(biāo)卡尺，它們的游標(biāo)尺的刻度從上至下分別為9

mm長10等分、19

mm長20等分、49mm

長50

等分，它們的讀數(shù)依次為__________mm

，

mm，

mm.(2)使用螺旋測微器測量金屬絲的直徑，示數(shù)如圖2所示，則金屬絲的直徑是

mm.(3)①圖3所示的電表使用0.6A量程時，對應(yīng)刻度盤上每一小格代表

A，圖中表針示數(shù)是

A；當(dāng)使用3

A量程時，對應(yīng)刻度盤上每一小格代表

A，圖中表針示數(shù)為

A.②圖4所示的電表使用較小量程時，每小格表示

V，圖中表針的示數(shù)為

V．若使用的是較大量程，則這時表盤刻度每小格表示

V，圖中表針示數(shù)為

V(4)旋鈕式電阻箱如圖5所示，電流從接線柱A流入，從B流出，則接入電路的電阻為為2

087 Ω，最簡單的操作方法是Ω.今欲將接入電路的電阻改．若用兩個這樣的電阻箱，則可得到的電阻值范圍為

．[解析]

(1)最上面圖讀數(shù)：整毫米數(shù)是

17，不足

1

毫米數(shù)是

7×0.1

mm＝0.7

mm，最后結(jié)果是

17

mm＋0.7

mm＝17.7mm.中間圖讀數(shù)：整毫米數(shù)是23，不足1

毫米數(shù)是17×0.05

mm＝0.85

mm，最后結(jié)果是23

mm＋0.85

mm＝23.85

mm.最下面圖讀數(shù)：整毫米數(shù)是3，不足1

毫米數(shù)是9×0.02

mm＝0.18

mm，最后結(jié)果是3

mm＋0.18

mm＝3.18

mm.(2)固定刻度示數(shù)為

2.0

mm，不足半毫米的從可動刻度上讀，其示數(shù)為

15.0，最后的讀數(shù)：2.0

mm＋15.0×0.01

mm＝2.150

mm.(3)①電流表使用0.6

A

量程時，刻度盤上的每一小格表示0.02

A，表針示數(shù)為0.44

A；當(dāng)使用3

A

量程時，每一小格表示0.1

A，表針示數(shù)為2.20

A.②電壓表使用3

V

量程時，每小格表示0.1

V，表針示數(shù)為1.70

V；使用15

V

量程時，每小格表示0.5

V，表針示數(shù)為8.5V.(4)電阻為

1

987

Ω.最簡單的操作方法是將“×1

k”旋鈕調(diào)到2，再將“×100”旋鈕調(diào)到0.每個電阻箱的最大陽值是9999

Ω，用這樣的兩個電阻箱串聯(lián)可得到的最大電阻是2×9

999Ω＝19

998

Ω.故用兩個這樣的電阻箱，可得到的電阻值范圍為0～19

998

Ω.[答案]

(1)17.7

23.85

3.18

(2)2.1500.1

2.20

②0.1

1.70

0.5

8.5①0.02

0.441

987

將“×1

k”旋鈕調(diào)到2，再將“×100”旋鈕調(diào)到

0 0～19

998Ω考向二

對實驗原理，實驗操作的考查典例2 (2014·江蘇單科，10)某同學(xué)通過實驗測量一種合金的電阻率．(1)用螺旋測微器測量合金絲的直徑．為防止讀數(shù)時測微螺桿發(fā)生轉(zhuǎn)動，讀數(shù)前應(yīng)先旋緊圖甲所示的部件

(選填“A”、“B”、“C”或“D”)．從圖中的示數(shù)可讀出合金絲的直徑為

mm.(2)如圖乙所示是測量合金絲電阻的電路，相關(guān)器材的規(guī)格已在圖中標(biāo)出．合上開關(guān)，將滑動變阻器的滑片移到最左端的過程中，發(fā)現(xiàn)電壓表和電流表的指針只在圖示位置發(fā)生很小的變化．由此可以推斷：電路中

(選填圖中表示接線柱的數(shù)字)之間出現(xiàn)了

(選填“短路”或“斷路”)．(3)在電路故障被排除后，調(diào)節(jié)滑動變阻器，讀出電壓表和電流表的示數(shù)分別為2.23V和38mA，由此，該同學(xué)算出接入電路部分的合金絲的阻值為58.7Ω.為了更準(zhǔn)確地測出合金絲的阻值，在不更換實驗器材的條件下，對實驗應(yīng)作怎樣的改進？請寫出兩條建議．[解析]

(1)讀數(shù)前應(yīng)先旋緊

B

防止讀數(shù)時測微螺桿發(fā)生轉(zhuǎn)動．螺旋測微器讀數(shù)＝0＋41.0×0.01

mm＝0.410

mm(2)7、9之間發(fā)生斷路，則內(nèi)阻較大的電壓表和內(nèi)阻較小的電流表一起串聯(lián)于電路中，此時改變阻值較小的滑動變阻器阻值時，對電壓表和電流表的示數(shù)影響很小，符合題述現(xiàn)象，同時滿足兩表讀數(shù)．(3)因為

Rx＝58.7

Ω>

RV·RA＝30

Ω，所以應(yīng)選用電流表內(nèi)接法．為了減小偶然誤差可測量多組電流和電壓值，計算電阻的平均值．或測量多組電流和電壓值，用圖象法求電阻值．[答案]

(1)B

0.410 (2)7、9

斷路

(3)電流表改為內(nèi)接；測量多組電流和電壓值，計算出電阻的平均值．(或測量多組電流和電壓值，用圖象法求電阻值)考向三

實驗儀器的選取與電路的考查典例

3

(2014·山東理綜)實驗室購買了一捆標(biāo)稱長度為100 m

的銅導(dǎo)線，某同學(xué)想通過實驗測定其實際長度．該同學(xué)首先測得導(dǎo)線橫截面積為1.0

mm2，查得銅的電阻率為1.7×10－8xΩ·m，再利用圖甲所示電路測出銅導(dǎo)線的電阻R

，從而確定導(dǎo)線的實際長度．可供使用的器材有：電流表：量程0.6

A，內(nèi)阻約0.2

Ω；電壓表：量程3

V，內(nèi)阻約9kΩ；滑動變阻器R1：最大阻值5

Ω；滑動變阻器R2：最大阻值20Ω；定值電阻：R0＝3

Ω；電源：電動勢6V，內(nèi)阻可不計；開關(guān)、導(dǎo)線若干．回答下列問題：實驗中滑動變阻器應(yīng)選

(填“R1”或“R2”)，閉合開關(guān)

S前應(yīng)將滑片移至

(填“a”或“b”)端．在實物圖中，已正確連接了部分導(dǎo)線，請根據(jù)圖甲電路完成剩余部分的連接．(3)調(diào)節(jié)滑動變阻器，當(dāng)電流表的讀數(shù)為0.50

A

時，電壓表示數(shù)如圖乙所示，讀數(shù)為

V.(4)導(dǎo)線實際長度為

m(保留

2

位有效數(shù)字)S[解析]

(1)根據(jù)

R＝ρl

，可估算待測電阻約

2

Ω，這樣

R0＋R

的總電阻約為

5

Ω，滑動變阻器采用限流式接法，阻值約等于待測電阻3～5

倍時，測量較準(zhǔn)確，因此滑動變阻器選R2，另外測量前應(yīng)將滑動變壓器調(diào)到最大值，以保護電路，因此觸頭應(yīng)調(diào)到a

端．(2)根據(jù)電路圖連接實物圖．(3)電壓表最小刻度是

0.1

V，讀數(shù)時應(yīng)估讀到

0.01

V，因此讀數(shù)為2.30

V.0(4)這樣測得電阻值為R

＋RU＝

I

＝

0.52.30

Ω＝4.6

Ω，而R0S＝3

Ω，可得測電阻R＝1.6

Ω，根據(jù)R＝ρl

，代入數(shù)據(jù)，可得電阻長度l＝94

m.[答案]

(1)R2

a

(2)見解析圖

(3)2.30

V(2.29、2.31

均正確)

(4)94(93、95

均正確)儀器選擇的基本思路(1)優(yōu)先考慮安全因素各電表的實際讀數(shù)不能超過其量程，電阻類元件中的實際電流(或電壓)不能超過其允許的最大電流(或電壓)．實際處理過程中，需要估算回路中的最大電流(一般按滑動變阻器采用限流接法進行估算)．如：用伏安法作出標(biāo)有“6

V

0.6

W”字樣的小燈泡的U－I圖象，而實際加在小燈泡兩端的電壓不能超過6

V.(2)考慮讀數(shù)誤差因素1一般要求各電表的實際讀數(shù)不小于其量程的3，以減小讀數(shù)誤差．(3)儀器選擇的一般步驟①首先選擇唯一性的器材；②粗畫電路圖(暫不接電流表和電壓表)；③估算回路中電流和電壓的最大值，在電表的指針有較大幅度偏轉(zhuǎn)但不超過其量程的情況下，結(jié)合已知器材的規(guī)格，確定實驗電路和實驗器材．考向四創(chuàng)新實驗設(shè)計典例4(2013·

廣東高考)如圖(a)是測量電阻Rx

的原理圖．學(xué)生電源輸出電壓可調(diào)，電流表量程選0.6

A(內(nèi)阻不計)，標(biāo)有長度刻度的均勻電阻絲ab的總長為30.0

cm.根據(jù)原理圖連接圖(b)的實物圖．?dāng)嚅_S2，合上S1；調(diào)節(jié)電源輸出電壓為3.0V時，單位長度電阻絲的電壓u＝

V/cm.記錄此時電流表A1的示數(shù)．保持S1閉合，合上S2；滑動c點改變ac的長度L，同時調(diào)節(jié)電源輸出電壓，使電流表A1

的示數(shù)與步驟(2)記錄的值相同，記錄長度L和A2的示數(shù)I.測量6組L和I值，測量數(shù)據(jù)已在圖(c)中標(biāo)出，寫出Rx與L、I、u的關(guān)系式Rx＝

；根據(jù)圖(c)用作圖法算出Rx＝

Ω.[解析]

本題考查實物連接、實驗步驟、實驗數(shù)據(jù)處理，意在考查考生對實驗原理的理解及數(shù)據(jù)處理的能力．?dāng)嚅_

S2，合上

S1，電阻絲兩端的電壓為

3.0

V，則電阻絲單位長度的電30

cm1壓為

u＝

3.0

V

＝0.1

V/cm.由于電流表

A

的示數(shù)不變，因此

ac段單位長度上的電壓不變，Rx

兩端的電壓為Lu，根據(jù)歐姆定x律有R

＝Lu

LI

.u＝RxI，作出圖象，如圖所示，則根據(jù)圖象的斜率求得Rx＝6

Ω.[答案](1)如圖所示(2)0.1Lu(3)

I

6高考命題常涉及的幾種創(chuàng)新角度一、本題創(chuàng)新點分析1．源于教材——本例同樣是運用電阻率公式，測出金屬的電阻、長度以及直徑(橫截面積)，來進一步確定金屬材料的電阻率，都使用了螺旋測微器測量金屬的直徑．2．高于教材——本實驗與教材原實驗有所不同，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：①原實驗測量的是金屬絲的電阻率而本實驗測量的是圓柱體金屬的電阻率；②原實驗在測量金屬長度時使用直尺，而本實驗使用游標(biāo)卡尺，這樣一起考查了游標(biāo)卡尺的讀數(shù)問題；③原實驗在測量金屬電阻時使用的電路原理是伏安法，而本實驗題運用了等效替代的方法，考查了等效替代法的實驗原理、操作方法及注意事項等．二、本實驗還可以從以下方面進行改進創(chuàng)新(一)數(shù)據(jù)處理

1．如果要測圓桶形薄片的電阻率，實驗應(yīng)如何改進？提示：要測量圓桶形薄片的電阻率，可將圓桶展開，相當(dāng)于測量薄的長方體的電阻率．2．要想測量液體的電阻率，則該實驗如何操作？提示：要測量液體的電阻率，可將液體裝入長方體或圓柱體的容器，進行測量．(二)實驗原理的創(chuàng)新本實驗還可以用什么方法測量金屬的電阻值？提示：測景電阻時還可以使用半偏法、多用電表直接測量、電橋法、雙電流表法、雙電壓表法等．(三)實驗器材的創(chuàng)新如果沒有螺旋測微器而只給直尺，應(yīng)如何測量電阻絲的直徑？提示：可將電阻絲緊密的纏繞在圓柱形鉛筆上30～50匝，測量總長度；然后求出直徑．頻考一

實驗儀器的使用和讀數(shù)1．完成下列讀數(shù)(1)電流表量程一般有兩種——0～0.6A,0～3A；電壓表量程一般有兩種——0～3

V,0～15

V．如圖所示：①接0～3

V量程時讀數(shù)為

V.②接0～15V量程時讀數(shù)為

V.③接0～3

A量程時讀數(shù)為

A.④接0～0.6A量程時讀數(shù)為

A.(2)a．

mmd．

mmb．

mme．

mmc．

mm②9.4

③0.82

④0.16[答案]

(1)①1.88(2)a.0.483

b．0.532

c．4.078

d．5.665

e．11.142．(2015·海南單科，11)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)所示．該工件的直徑為

cm，高度為

mm.[解析]

游標(biāo)卡尺讀數(shù)為

d＝12

mm＋4×

120mm＝12.20mm＝1.220

cm螺旋測微器的讀數(shù)為

h＝6.5

mm＋36.1×0.01

mm＝6.861mm.[答案]

1.220

6.861頻考二

實驗儀器，實驗電路的選取3．(2016·合肥高三質(zhì)檢)現(xiàn)要測量一待測電阻的阻值，所用器材如下：標(biāo)準(zhǔn)電流表A1(量程250mA，內(nèi)阻r1＝5Ω)；電流表A2(量程300

mA，內(nèi)阻r2約為5

Ω)；待測電阻R1(阻值約為100

Ω)；滑動變阻器R2(最大阻值10

Ω)；電源E(電動勢約為6V，內(nèi)阻r約為1Ω)；單刀單擲開關(guān)，導(dǎo)線若干．要求方法簡捷，并能測量多組數(shù)據(jù)，畫出實驗電路原理圖，并標(biāo)明每個器材的代號．[解析]由于A1的內(nèi)阻已知，可將其當(dāng)作電壓表來用；又給了另一個電流表A2，可把兩電流表示數(shù)之差當(dāng)作通過R1的電流，利用歐姆定律測R1的阻值；題目要求測多組數(shù)據(jù)，滑動變阻器應(yīng)接成分壓式；實驗電路圖如圖所示：[答案]實驗電路原理圖見解析圖4．(2016·福建龍巖3月質(zhì)檢)某同學(xué)通過實驗測定一根粗細(xì)均勻、阻值約為5

Ω合金絲電阻率的實驗，①用螺旋測微器測定合金絲直徑的結(jié)果如圖所示，合金絲的直徑為

mm.②現(xiàn)有如下器材：A．輸出電壓可調(diào)的學(xué)生電源(2

V、4

V、6

V內(nèi)阻可不計)B．電流表(0～0.6

A，內(nèi)阻約0～2Ω)C．電壓表(0～3

V，內(nèi)阻約3

kΩ)D．待測電阻RxE．保護電阻R0＝5

Ω

F．滑動變阻器(0～5

Ω，額定電流2

A)G．滑動變阻器(0～20

Ω，額定電流1

A)H．開關(guān)和導(dǎo)線若干為了減小測量誤差，本實驗應(yīng)選用圖中兩種電路圖中的

(填相應(yīng)的電路圖下的字母A

或B)．③為了提高測量準(zhǔn)確度，獲取多組數(shù)據(jù)，因此電源電壓應(yīng)選用

V；滑動變阻器應(yīng)選用

(選填器材前的字母)．a(chǎn).0.548～0.552

B．b

c．6

d．G[解析]

被測電阻為小電阻，電流表應(yīng)選用外接法，電路圖選B.電流表為0.6

A，被測電阻為5

Ω，保護電阻為5

Ω，因此電路電源應(yīng)選6

V．為了多測幾組數(shù)據(jù)，滑動變阻器選G.[答案]

(1)B

(2)cd頻考三實驗數(shù)據(jù)處理與誤分析5．(2014·四川卷，8)右圖是測量阻值約幾十歐的未知電阻

Rx

的原理圖，圖中R0

是保護電阻(10Ω)，R1

是電阻箱(0～99.9

Ω)，R

是滑動變阻器，A1

和A2

是電流表，E

是電源(電動勢10V，內(nèi)阻很小)．在保證安全和滿足要求的情況下，使測量范圍盡可能大．實驗具體步驟如下：連接好電路，將滑動變阻器R

調(diào)到最大；閉合S，從最大值開始調(diào)節(jié)電阻箱R1，先調(diào)R1

為適當(dāng)值，再調(diào)節(jié)滑動變阻器R，使A1

示數(shù)I1＝0.15

A，記下此時電阻箱的阻值R1

和R2

的示數(shù)I2；重復(fù)步驟(ⅱ)，再測量6

組R1

和I2

的值；

(ⅳ)將實驗測得的7

組數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上描點．根據(jù)實驗回答以下問題：現(xiàn)有四只供選用