高考物理總復(fù)習(xí)優(yōu)化設(shè)計(jì)課件-實(shí)驗(yàn)12-測(cè)定金屬的電阻率

高考總復(fù)習(xí)優(yōu)化設(shè)計(jì)GAOKAOZONGFUXIYOUHUASHEJI實(shí)驗(yàn)12測(cè)定金屬的電阻率第九章2022內(nèi)容索引0102必備知識(shí)預(yù)案自診關(guān)鍵能力學(xué)案突破03對(duì)應(yīng)演練遷移應(yīng)用必備知識(shí)預(yù)案自診一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握刻度尺、螺旋測(cè)微器及游標(biāo)卡尺的原理及讀數(shù)方法。2.掌握電流表、電壓表和滑動(dòng)變阻器的使用方法及電流表和電壓表的讀數(shù)方法。3.會(huì)用伏安法測(cè)電阻,進(jìn)一步測(cè)定金屬絲的電阻率。二、實(shí)驗(yàn)思路根據(jù)電阻定律公式知道只要測(cè)出金屬絲的長(zhǎng)度和它的直徑d,計(jì)算出橫截面積S,并用伏安法測(cè)出電阻Rx,即可計(jì)算出金屬絲的電阻率。三、實(shí)驗(yàn)器材被測(cè)金屬絲,直流電源,電流表,電壓表,滑動(dòng)變阻器,開(kāi)關(guān),導(dǎo)線若干,螺旋測(cè)微器,毫米刻度尺。四、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)1.用螺旋測(cè)微器在被測(cè)金屬絲上的三個(gè)不同位置各測(cè)一次直徑,求出其平均值d。2.連接好用伏安法測(cè)電阻的實(shí)驗(yàn)電路。3.用毫米刻度尺測(cè)量接入電路中的被測(cè)金屬絲的有效長(zhǎng)度,反復(fù)測(cè)量三次,求出其平均值l。4.把滑動(dòng)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。5.閉合開(kāi)關(guān),改變滑動(dòng)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,填入記錄表格內(nèi)。五、數(shù)據(jù)處理1.在求Rx的平均值時(shí)可用兩種方法(1)用

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)算電阻率將記錄的數(shù)據(jù)Rx、l、d的值代入電阻率計(jì)算式六、誤差分析1.若為內(nèi)接法,電流表分壓。2.若為外接法,電壓表分流。3.長(zhǎng)度和直徑的測(cè)量。七、注意事項(xiàng)1.先測(cè)直徑,再連電路:為了方便,測(cè)量直徑應(yīng)在金屬絲連入電路之前測(cè)量。2.電流表外接法:本實(shí)驗(yàn)中被測(cè)金屬絲的阻值較小,故采用電流表外接法。3.電流控制:電流不宜過(guò)大,通電時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng),以免金屬絲溫度過(guò)高,導(dǎo)致電阻率在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中變大。關(guān)鍵能力學(xué)案突破考點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)【典例1】

(2020四川成都高三月考)為測(cè)定金屬絲的電阻率ρ,某同學(xué)把一段粗細(xì)均勻的金屬絲拉直并固定在帶有毫米刻度尺的木板上。用多用電表粗測(cè)金屬絲的電阻Rx約為5Ω,實(shí)驗(yàn)室有以下器材可選用:電流表A1(量程300mA,內(nèi)阻r1=5Ω);電流表A2(量程600mA,內(nèi)阻r2約為1Ω);電壓表V(量程20V,內(nèi)阻r3約為3kΩ);滑動(dòng)變阻器R1(0~10Ω,額定電流為1A);滑動(dòng)變阻器R2(0~250Ω,額定電流為0.01A);電源E(電動(dòng)勢(shì)3V,內(nèi)阻較小);導(dǎo)線、開(kāi)關(guān)若干。(1)如圖甲,用螺旋測(cè)微器測(cè)量金屬絲直徑d=

mm。

(2)為準(zhǔn)確測(cè)出該金屬絲的電阻,要求多測(cè)幾組數(shù)據(jù),請(qǐng)幫該同學(xué)在方框內(nèi)(圖乙)畫(huà)出測(cè)量該電阻R的電路原理圖(標(biāo)出所用儀器的代號(hào)),寫(xiě)出對(duì)應(yīng)的表達(dá)式Rx=

,表達(dá)式中各物理量的含義:

。

(3)如果用符號(hào)d表示測(cè)得金屬絲的直徑、L表示金屬絲的長(zhǎng)度、Rx為金屬絲電阻值,則該金屬的電阻率ρ=

(用d,L,Rx表示結(jié)果)。

甲

乙解析(1)螺旋測(cè)微器的固定刻度為2

mm,可動(dòng)刻度為15.0×0.01

mm=0.150

mm,故金屬絲直徑為2

mm+0.150

mm=2.150

mm。(2)實(shí)驗(yàn)中只是要求多測(cè)幾組數(shù)據(jù),故滑動(dòng)變阻器可以分壓接法,也可以限流接法;題中所給電壓表量程太大,故不選用;要測(cè)量R的阻值,可以通過(guò)把電流表A1作為電壓表使用,故實(shí)驗(yàn)電路圖如圖;考點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)原理的拓展根據(jù)

,實(shí)驗(yàn)不僅能測(cè)量電阻率,還可測(cè)量導(dǎo)線長(zhǎng)度、橫截面積、直徑、厚度等,測(cè)電阻時(shí)除了伏安法還有其他多種方法實(shí)驗(yàn)器材的替代被測(cè)量物多樣化,可以是金屬絲、圓柱體、圓桶、電解液等;電壓表可用電流計(jì)和定值電阻串聯(lián)代替;測(cè)量阻值很小的電阻時(shí)可以將該電阻與定值電阻串聯(lián)數(shù)據(jù)處理的創(chuàng)新測(cè)量電阻時(shí)除了用公式計(jì)算法還經(jīng)常用圖像法【典例2】

某同學(xué)在閱讀科普資料時(shí)發(fā)現(xiàn):輸液用的生理鹽水電導(dǎo)率為0.8S/m。他對(duì)“電導(dǎo)率”一詞產(chǎn)生濃厚的興趣,經(jīng)查單位及符號(hào)表得知,“S”為電導(dǎo)的單位,它等于電阻單位的倒數(shù),“m”為長(zhǎng)度的單位。他又聯(lián)想到電阻率的單位為“Ω·m”,經(jīng)單位對(duì)比后他作出一個(gè)假設(shè):電導(dǎo)率是電阻率的倒數(shù)。為了驗(yàn)證他的假設(shè),他進(jìn)行了如下嘗試:取體積為V的輸液用的生理鹽水,剛好灌滿伸縮性能良好的透明塑料管(兩端裝有電極),形成一段粗細(xì)均勻的封閉鹽水柱(長(zhǎng)為10.00cm、橫截面積約為1.00cm2),進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn):(1)他將鹽水柱作為純電阻R,根據(jù)他的假設(shè),此段鹽水柱的電阻約為

Ω。

(2)現(xiàn)用以下器材采用伏安法測(cè)鹽水柱的電阻:A.直流電源E:電動(dòng)勢(shì)18V,內(nèi)阻很小,額定電流1A;B.電流表A:量程12mA,內(nèi)阻約10Ω;C.電壓表V:量程15V,內(nèi)阻約15kΩ;D.滑動(dòng)變阻器R0:最大阻值50Ω;E.開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線若干。根據(jù)所給的器材,在方框內(nèi)畫(huà)出合理的實(shí)驗(yàn)電路圖(圖中已給出鹽水柱R、電源E)。(3)為了較準(zhǔn)確地測(cè)量電導(dǎo)率,他設(shè)計(jì)了以下方案:把這段封閉的鹽水柱均勻拉長(zhǎng)(鹽水柱的兩端始終與電極充分接觸),測(cè)得鹽水柱長(zhǎng)度L和對(duì)應(yīng)的電阻R,利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出電阻R與長(zhǎng)度L2的關(guān)系圖像如圖所示,則鹽水的電導(dǎo)率應(yīng)為

(用該圖線的斜率k、體積V表示)。

(2)因

,所以電流表采用內(nèi)接法測(cè)量誤差較小,由于滑動(dòng)變阻器的最大阻值相對(duì)于鹽水柱的電阻較小,故滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓接法,實(shí)驗(yàn)電路圖如圖所示。素養(yǎng)微點(diǎn)1.本實(shí)驗(yàn)測(cè)定生理鹽水的電導(dǎo)率,和測(cè)定金屬電阻率實(shí)驗(yàn)原理是相同的。2.根據(jù)假設(shè)法得出電導(dǎo)率和電阻率成反比

,再根據(jù)

,即可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量。3.本實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新點(diǎn)有兩處,一是由測(cè)定金屬的電阻率創(chuàng)新為測(cè)定生理鹽水的電導(dǎo)率,對(duì)學(xué)生的推理論證能力有一定的要求;二是用R-L2圖像推導(dǎo)電導(dǎo)率的大小。對(duì)應(yīng)演練遷移應(yīng)用1.(1)某實(shí)驗(yàn)小組在“測(cè)定金屬電阻率”的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,正確操作獲得金屬絲直徑以及電流表、電壓表的讀數(shù)如圖所示,則金屬絲的直徑的讀數(shù)是

,電流表的讀數(shù)是

,電壓表的讀數(shù)是

。

(2)已知實(shí)驗(yàn)中所用的滑動(dòng)變阻器阻值范圍為0~10Ω,電流表內(nèi)阻約幾歐,電壓表內(nèi)阻約20kΩ。電源為干電池(不宜在長(zhǎng)時(shí)間、大功率狀況下使用),電動(dòng)勢(shì)E=4.5V,內(nèi)阻很小。則下面電路圖中

(填電路圖下方的字母代號(hào))電路為本次實(shí)驗(yàn)應(yīng)當(dāng)采用的最佳電路。但用此最佳電路測(cè)量的結(jié)果仍然會(huì)比真實(shí)值偏

(選填“大”或“小”)。

(3)若已知實(shí)驗(yàn)所用的電流表內(nèi)阻的準(zhǔn)確值RA是已知的,那么準(zhǔn)確測(cè)量金屬絲電阻Rx的最佳電路應(yīng)是圖中的

電路(填電路圖下方的字母代號(hào))。此時(shí)測(cè)得電流為I、電壓為U,則金屬絲電阻Rx=

(用題中字母代號(hào)表示)。

答案(1)0.880mm

0.42A

2.25V(2)A

小

(3)B

-RA解析(1)螺旋測(cè)微器先讀固定部分為0.5

mm,可動(dòng)部分可估讀為38.0×0.01

mm=0.380

mm,故總示數(shù)為:(0.5+0.380)mm=0.880

mm;電流表量程為0.6

A,則最小刻度為0.02

A,讀數(shù)為0.42

A;電壓表量程為3

V,最小刻度為0.1

V,則讀數(shù)為2.25

V。(2)因電源不能在大功率下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行,故本實(shí)驗(yàn)應(yīng)采用限流接法;同時(shí)電壓表內(nèi)電阻較大,由以上讀數(shù)可知,待測(cè)金屬絲的電阻約為5

Ω,故采用電流表外接法誤差較小,故選A;在實(shí)驗(yàn)中電壓表示數(shù)準(zhǔn)確,但電流表測(cè)量的是干路電流,故電流表示數(shù)偏大,則由歐姆定律得出的結(jié)果偏小。(3)若已知電流表內(nèi)阻的準(zhǔn)確值,則可以利用電流表內(nèi)接法準(zhǔn)確求出待測(cè)電阻,故應(yīng)選B電路;待測(cè)金屬絲及電流表總電阻

,則待測(cè)金屬絲電阻Rx=R-RA=-RA。2.(2019江蘇卷)某同學(xué)測(cè)量一段長(zhǎng)度已知的電阻絲的電阻率。實(shí)驗(yàn)操作如下:(1)螺旋測(cè)微器如圖所示。在測(cè)量電阻絲直徑時(shí),先將電阻絲輕輕地夾在測(cè)砧與測(cè)微螺桿之間,再旋動(dòng)

(選填“A”“B”或“C”),直到聽(tīng)見(jiàn)“喀喀”的聲音,以保證壓力適當(dāng),同時(shí)防止螺旋測(cè)微器的損壞。

(2)選擇電阻絲的

(選填“同一”或“不同”)位置進(jìn)行多次測(cè)量,取其平均值作為電阻絲的直徑。

(3)圖甲中Rx為待測(cè)電阻絲。請(qǐng)用筆畫(huà)線代替導(dǎo)線,將滑動(dòng)變阻器接入圖乙實(shí)物電路中的正確位置。甲

乙(4)為測(cè)量Rx,利用圖甲所示的電路,調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器測(cè)得5組電壓U1和電流I1的值,作出的U1-I1關(guān)系圖像如圖丙所示。接著,將電壓表改接在a、b兩端,測(cè)得5組電壓U2和電流I2的值,數(shù)據(jù)見(jiàn)下表:U2/V0.501.021.542.052.55I2/mA20.040.060.080.0100.0請(qǐng)根據(jù)表中的數(shù)據(jù),在方格紙上作出U2-I2圖像。

丙

(5)由此,可求得電阻絲的Rx=

Ω。根據(jù)電阻定律可得到電阻絲的電阻率。

答案(1)C

(2)不同

(3)見(jiàn)解析

(4)見(jiàn)解析

(5)23.5(23.0~24.0都算對(duì))解析(1)使用螺旋測(cè)微器時(shí)應(yīng)先調(diào)粗調(diào)旋鈕B,當(dāng)測(cè)砧與測(cè)微螺桿幾乎接觸被測(cè)物體時(shí)再調(diào)微調(diào)旋鈕C,既要使測(cè)砧與測(cè)微螺桿接觸被測(cè)物體,又不產(chǎn)生太大的壓力損壞螺旋測(cè)微器。(2)