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1、第3講實驗:測定金屬的電阻率(同時練習使用螺旋測微器)描繪小電珠的伏安特性曲線知識建構技能建構1.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方法.一、實驗目的(一)測定金屬的電阻率(同時練習使用螺旋測微器)知識建構技能建構3.會用伏安法測電阻,進一步測定金屬的電阻率.二、實驗原理2.掌握螺旋測微器及游標卡尺的原理及讀數方法.知識建構技能建構(1)螺旋測微器的構造如圖所示是常用的螺旋測微器.它的小砧A和固定刻度S固定在框架F上.旋鈕K、微調旋鈕K和可動刻度H、測微螺桿P連在一起,通過精密螺紋套在S上.1.螺旋測微器的構造原理及讀數知識建構技能建構(2)螺旋測微器的原理測微螺桿

2、P與固定刻度S之間的精密螺紋的螺距為0.5 mm,即旋鈕K每旋轉一周,P前進或后退0.5 mm,而可動刻度H上的刻度為50等份,每轉動一小格,P前進或后退0.01 mm,即螺旋測微器的精確度為0.01 mm.讀數時估讀到毫米的千分位上,因此,螺旋測微器又叫千分尺. 知識建構技能建構(3)讀數:測量時被測物體長度的整數毫米數由固定刻度讀出,小數部分由可動刻度讀出.測量值(毫米)=固定刻度數(毫米)(注意半毫米刻線是否露出)+可動刻度數(估讀一位)0.01(毫米)知識建構技能建構 內接法外接法電路圖誤差原因電流表分壓U測=Ux+UA電壓表分流I測=Ix+IV電阻測量值R測=Rx+RA測量值大于真實

3、值R測=Rx測量值小于真實值適用條件RARxRVRxUI測測UI測測VVxRRR(1)電流表的內接法和外接法的比較2.伏安法測電阻知識建構技能建構口訣大內偏大(大電阻用電流表內接法測量,測量值偏大)小外偏小(小電阻用電流表外接法測量,測量值偏小)知識建構技能建構(2)伏安法測電阻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”.臨界值計算法:Rx 時,用電流表內接法.VAR RVAR R知識建構技能建構3.電阻率的測定原理知識建構技能建構三、實驗器材毫米刻度尺,螺旋測微器

4、,直流電流表和直流電壓表,滑動變阻器,直流電源,開關,被測金屬絲,導線若干.知識建構技能建構1.求導線橫截面積S,在準備好的金屬絲上三個不同位置用螺旋測微器各測一次直徑,求出其平均值d,S=.2d4四、實驗步驟2.按照原理圖(如圖所示)連好用伏安法測電阻的實驗電路.知識建構技能建構4.把滑動變阻器調到接入電路中的電阻值最大的位置,檢查無誤后,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值和電壓值記錄在表格中,斷開S,求出導線電阻Rx的平均值.次數UIRR平均值1 2 3 3.用毫米刻度尺測量接入電路的金屬絲長度(即有效長度),反復測量三次,求出平均值l.知識建構技能建構1.在求R

5、x的平均值時可用兩種方法5.整理儀器.五、數據處理(1)第一種是用Rx=算出各次的數值,再取平均值.UI知識建構技能建構2.計算電阻率:將記錄的數據Rx、l、d的值,代入電阻率計算公式=Rx= .六、誤差分析Sl2d U4lI(2)第二種是用U-I圖線的斜率求出.知識建構技能建構2.測量電路中電流表及電壓表對電阻測量的影響,因為電流表外接,所以R測R真,由R=,知測真.lS1.金屬絲直徑、長度的測量帶來誤差.3.通電電流過大,時間過長,致使電阻絲發(fā)熱,電阻率隨之變化帶來誤差.七、注意事項知識建構技能建構(1)測量前須校對零點:先使小砧A與測微螺桿P并攏,觀察可動刻度零刻度線與固定刻度的軸向線是

6、否重合,以及可動刻度的邊緣與固定刻度的零刻度線是否重合,不重合時,用存放螺旋測微器盒中的工具調節(jié),直到完全重合為止.1.螺旋測微器的使用知識建構技能建構(2)測量時,當測微螺桿P將要接觸被測物體時,要停止使用旋鈕K,改用微調旋鈕K,以避免P和被測物體間產生過大的壓力.這樣,既可以保護儀器,又能保證測量結果準確.當聽到“咔、咔”聲后,止動,即可讀數.(3)螺旋測微器應估讀一位,即以mm作單位,應讀到小數點后面第三位.知識建構技能建構2.測定金屬的電阻率(4)為防止讀出的數據出現差錯.可在讀數前估計大概讀數值,若發(fā)現最后讀數與開始估計數值相差較大,立即檢查出錯原因,如半毫米刻線是否露出.(1)為了

7、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.知識建構技能建構(3)開關S閉合前,滑動變阻器的阻值要調至最大.(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.(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.知識建構技能建構(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在待測金屬絲的兩端.八、實驗改進 在本實驗中，由于電表內電阻的影響，從而使金屬導線電阻測量值偏小，可以改進實驗電路，消除由于電表

8、內阻的影響而帶來的實驗差。知識建構技能建構1.等效替換法連接電路如圖甲所示R為電阻箱,Rx為待測電阻,通過調節(jié)電阻箱R,使單刀雙擲開關S分別接1和2時,若電流表中的電流示數相同,就表明Rx=R,即可測出Rx.知識建構技能建構2.附加電阻法連接電路如圖乙所示,R1為一阻值較大的固定電阻,Rx為待測電阻.(1)S2斷開,閉合S1調節(jié)變阻器R,使電流表、電壓表都有一個適當讀數,記下兩表讀數I1、U1.(2)保持變阻器R不變,再閉合S2,記下兩表的讀數I2、U2.(3)待測電阻Rx=-.11UI22UI知識建構技能建構一、儀器的選取和實物圖的連接知識建構技能建構 例1在“測定金屬絲電阻率”實驗中,若粗

9、測金屬絲的電阻Rx約為3 ,為盡可能減小誤差,要求金屬絲發(fā)熱功率P0.75 W,知識建構技能建構(1)下述器材中應選用的是 (用字母代替).A.6 V電池組B.電流表(00.6 A,內阻0.5 )C.電流表(03 A,內阻0.01 )D.電壓表(03 V,內阻1 k)E.電壓表(015 V,內阻5 k)F.滑動變阻器(0100 ,額定電流1 A)G.滑動變阻器(020 ,額定電流1 A)知識建構技能建構(2)實驗中用螺旋測微器測量導線直徑時,可估讀到 mm,用毫米刻度尺測量導線長度時,可估讀到 mm. (3)在框內畫出電路圖;知識建構技能建構(4)在圖甲中,將各器材連成實驗電路.甲知識建構技能

10、建構【名師點金】本題考查實驗儀器的選擇、螺旋測微器的讀數、實驗原理和實物圖的連接及作圖能力.使用刻度尺與螺旋測微器等測量時,要首先確定儀器的精度,確定是否估讀;電學實驗中,根據實驗和題目給定的已知數據來選擇合適的電流表和電壓表以及確定電流表的內外接法;滑動變阻器的限流與分壓,依據讀數準確原則和操作方便的原則.知識建構技能建構【規(guī)范全解】(1)P100 mA,故電流表應選.【名師點金】電壓表、電流表的選擇主要考慮安全原則和精確原則,滑動變阻器的選擇一般考慮安全原則和方便原則.知識建構技能建構(2)因為要求小電珠上的電壓從0開始增大,應選用分壓電路;而小電珠正常工作時R燈=13 RV=5 k,故電

11、流表應選擇外接法,其實驗電路如圖丙所示.丙UI3.80.3知識建構技能建構(3)在I-U圖象中,圖線斜率逐漸減小,小電珠的R逐漸增大;由P=知在P-U2圖象中,圖線的斜率應逐漸減小,故B正確;由P=I2R在P-I2圖象中圖線斜率R應逐漸增大,故D正確.【答案】(1)R1 (2)如圖丙所示 (3)BD 2UR1R知識建構技能建構 例2表格中所列數據是測量小電珠U-I關系的實驗數據: U(V)0.00.20.51.01.52.02.53.0I(A)0.0000.0500.1000.1500.1800.1950.2050.215二、實驗數據的處理知識建構技能建構(1)分析表格內實驗數據可知,應選用的

12、實驗電路圖是圖中的 (選填“甲”或“乙”).知識建構技能建構知識建構技能建構(2)在圖丙所示的方格紙內畫出小電珠的U-I曲線.分析曲線可知小電珠的電阻值隨I變大而 (選填“變大”、“變小”或“不變”).(3)如圖丁所示,用一個定值電阻R和兩個上述小電珠組成串并聯電路,連接到內阻不計、電動勢為3 V的電源上.已知流過電阻R的電流是流過電珠L2電流的兩倍,則流過電珠L1的電流約為 A. 知識建構技能建構【名師點金】描點后要用平滑的曲線連線;求解圖丁電路時,根據兩燈的電流關系和電壓之和,采用逼近法從圖中讀出兩燈的電壓和電流.【規(guī)范全解】(1)從表中數據可看出,電珠兩端電壓可以從零開始調節(jié),這說明滑動

13、變阻器應選用分壓接法,故應選用圖甲.知識建構技能建構(2)在方格紙上根據U-I數據描點、連線,其U-I圖象如圖戊所示.隨U和I的增大,圖線上各點與坐標原點連線的斜率越來越大,故其電阻變大.戊知識建構技能建構(3)因流過電阻R的電流是流過電珠L2電流的兩倍,則流過燈L1的電流是流過燈L2電流的3倍,而燈L1、L2兩端的電壓之和為3 V,在(2)描出的U-I圖象中,找出一個電流I對應的電壓U1,再找出3I對應的電壓U2,直到U1+U2=3 V為止.最后得出結果,流過電珠L1的電流為0.21 A.【答案】(1)甲 (2)U-I圖線如圖戊所示變大 (3)0.21知識建構技能建構高考真題1 (2011年

14、高考浙江理綜卷)在“探究導體電阻與其影響因素的定量關系”實驗中,為了探究3根材料未知、橫截面積均為S=0.20 mm2的金屬絲a、b、c的電阻率,采用如圖甲所示的實驗電路.M為金屬絲c的左端點,O為金屬絲a的右端點,P是金屬絲上可移動的接觸點.在實驗過程中,電流表讀數始終為I=1.25 A,電壓表讀數U隨OP間距離的變化如下表:甲知識建構技能建構x/mmU/Vx/mmU/V6003.957004.508005.109005.9010006.5012006.6514006.8216006.9318007.0220007.1521007.8522008.5023009.0524009.75知識建構

15、技能建構(2)求出金屬絲的電阻率,并進行比較.乙(1)在圖乙中繪出電壓表讀數U隨OP間距離x變化的圖線.知識建構技能建構【命題分析】本題考查學生處理數據的能力,要求學生以良好的實驗操作和數據處理為基礎,根據被測物理量的性質正確作圖,并得出結論.有利于引導學生認真、踏實地做好每一個實驗.【解析提示】根據電阻定律導出電阻率公式,用實驗已知量S、I、U、l表示.注意公式中U、l為某一段導體接入部分的電壓和接入長度,其中電壓與電壓表的示數不同.知識建構技能建構【規(guī)范全解】隨著P與O間距離的增大,電壓增大,接在電壓表兩端的電阻增大.當P一直向左移時,電壓表分別測量一根、兩根、三根金屬絲的電壓.圖象的第一

16、段為a金屬絲的,第二段為a、b兩段金屬絲的, 第三段為a、b、c三段金屬絲的.知識建構技能建構(1)圖象如圖丙所示.丙知識建構技能建構(2)= a= m=1.0210-6 mb= m=1.0410-8 mc= m=1.0410-6 m通過計算可知,金屬絲a與c電阻率相同,遠大于金屬絲b的電阻率.【答案】見解析UISL62(6.503.95) 0.20 101.25 (10060) 1062(7.156.50)0.20 101.25 (200100) 1062(9.757.15) 0.20 101.25 (240200) 10知識建構技能建構考向預測1用伏安法測量電阻阻值R,并求出電阻率.某同學

17、的測量電路如圖丙所示.給定電壓表、電流表、滑線變阻器、電源、開關、待測電阻及導線若干.知識建構技能建構(1)待測電阻是一均勻材料制成的金屬絲(橫截面為圓形),用尺測量其長度,用螺旋測微器測量其直徑,結果分別如圖甲和圖乙所示.由圖可知其長度為 cm,直徑為 mm.甲知識建構技能建構乙知識建構技能建構(2)閉合開關后,發(fā)現電流表示數為零、電壓表示數與電源電動勢相同,則發(fā)生故障的是 (填“待測金屬絲”、“滑動變阻器”或“開關”).知識建構技能建構(3)對照電路的實物連接在方框中畫出正確的電路圖.丙 知識建構技能建構(5)求出的電阻值R= (保留3位有效數字).(4)圖丁中的6個點表示實驗中測得的6組

18、電流I、電壓U的值,請在圖中作出U-I圖線.知識建構技能建構(6)請根據以上測得的物理量寫出電阻率的表達式= .丁知識建構技能建構【解析】(1)金屬絲左端讀數0.00 cm,右端讀數59.40 cm,所以金屬絲長度為59.40 cm螺旋測微器讀數為(0+43.40.01) cm=0.434 cm.(2)電流表示數為零,說明電路發(fā)生斷路故障.電壓表有示數,說明電壓表接線柱與對應的電源正(負)極之間連接完好,可知待測金屬絲沒有連接或發(fā)生斷路故障.知識建構技能建構(3)電路圖如圖戊所示.戊(4)作U-I直線,舍去左起第2點,其余5個點盡量靠近直線且均勻分布在直線兩側.(圖略)知識建構技能建構(5)在

19、U-I直線取離坐標原點較遠的點,如(2 V,0.345 A)由歐姆定律解得R= =5.80 .UI20.345(6)由電阻定律R=可得:= .lS2RD4l知識建構技能建構【答案】(1)59.40 cm(59.3959.41 cm) 0.434 mm(0.4330.435 mm)(2)待測金屬絲(3)如圖戊所示(4)作U-I直線,舍去左起第2點,其余5個點盡量靠近直線且均勻分布在直線兩側(圖略)(6) = 2RD4L(5)5.80 (5.606.00 )知識建構技能建構高考真題2 (2011年高考廣東物理卷)在“描繪小電珠的伏安特性曲線”實驗中,所用器材有:小電珠(2.5 V,0.6 W),滑

20、動變阻器,多用電表,電流表,學生電源, 開關,導線若干.粗測小電珠的電阻,應選擇多用電表 倍率的電阻擋(請?zhí)顚憽?”、“10”或“100”);調零后,將表筆分別與小電珠的兩極連接,示數如圖甲,結果為 .知識建構技能建構丙知識建構技能建構數據點abcdefU/V0.000.501.001.502.002.50I/A0.0000.1220.1560.1850.2160.244知識建構技能建構【解析提示】使用多用表歐姆擋測電阻時,應使指針指在中值附近以減小測量誤差;題目給定了原理圖,從正極出發(fā),按照電路圖順序,逐個把元件聯起來先主干后支干(分壓式),量程的選擇也要考慮.【命題分析】題目考查實驗電路中

21、多用電表的使用(一些比較細致的實驗技巧)以及電珠的伏安特性曲線的相關問題,試題難度:較難.知識建構技能建構(3)為了保護電表和小電珠,開關閉合前,應將滑動變阻器的滑片置于a端,這樣閉合開關后,小電珠兩端的電壓為零.為使小電珠的亮度增加,P應由中點向b端滑動.【規(guī)范全解】(1)若測電阻時用“1”擋,電阻約為7.6 ;若用“10”擋,電阻約為0.7 ,則指針偏轉過小,讀數時,誤差較大,所以用“1”擋.知識建構技能建構(4)由圖表中數據可以看出,電壓等間隔地變化,ab間的電流變化的最大,所以應在ab間多測幾組數據.【答案】(1)“1”擋 (2)如圖丁所示 (3)a bab丁知識建構技能建構(1)如圖

22、甲是由某金屬材料制成的電阻R隨攝氏溫度t變化的圖象,若用該電阻與電池(電動勢E=1.5 V,內阻不計)、電流表(量程為5 mA、內阻不計)、電阻箱R 串聯起來,連接成如圖乙所示的電路,用該電阻做測溫探頭,把電流表的電流刻度改為相應的溫度刻度,就得到了一個簡單的“金屬電阻溫度計”.考向預測2 一些材料的電阻隨溫度的升高而變化.知識建構技能建構(2)某實驗小組研究一白熾燈兩端電壓與電流的關系,得到了如下表所示的一組數據,并描繪出其I-U圖線如圖丁所示.丁戊U(V)00.92.43.65.47.210.214.4I(mA)045120170210230250265知識建構技能建構【解析】(1)電阻隨溫度的升高而增大,由閉合電路歐姆定律I= 知:電阻較小時,電流較大,對應的溫度較小.根據歐姆定律R= -R= -150 =150 由圖線知:R=R0+kt=100+ t=100+t代入解得:t=50 .ERREI1.50.005180100100知識建構技能建構(2)圖線上各點與坐標原點連線斜率的倒數為該狀態(tài)時的燈絲電阻.隨電壓增大,各點與坐標原點連線斜率逐漸減小,所以白熾燈的電阻隨電壓的增大而增大.如圖己所示.【答案】(1)較小50知識建構技能建構(2)增大如圖己所示己知識建構技能建構