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2019年高考物理大一轮复*实验08测定金属的电阻率课件新人教版59

发布时间:

第 八 章 恒定电流

实验八

测定金属的电阻率


目 导 航
03

01

实 验 基 础

02

实 验 能 力

实 验 创 新

04

模 拟 演 练

01

实 验 基 础 一、实验目的 1.掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法及电流表和电压表的读数方

法; 2.掌握螺旋测微器和游标卡尺的原理及读数方法; 3.会用伏安法测电阻,进一步测定金属的电阻率. 二、实验原理 l S 由电阻定律 R=ρ 得 ρ=R .金属导线的电阻 R 用伏安法测量,金属导线的长度 S l ?d? ?2 l 用毫米刻度尺测量,金属导线的横截面积 S 可由其直径 d 算出,即 S=π? ?2? ,直径 ? ?

d 可由螺旋测微器测出.

三、实验器材 被测金属丝、螺旋测微器、毫米刻度尺、电池组、电流表、电压表、滑动变阻 器、开关、导线若干. 四、实验步骤 1.直径测定:用螺旋测微器在被测金属导线上的三个不同位置各测一次直径, πd2 求出其*均值 d,计算出导线的横截面积 S= . 4

2.电路连接:按如图所示的原理电路图连接好用伏安法测 电阻的实验电路.

3.长度测量:用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属导
线的有效长度,反复测量3次,求出其*均值l. 4.U、I测量:把滑动变阻器的滑片调节到使接入电路中的 电阻值最大的位置,电路经检查确认无误后,闭合开关S,改变 滑动变阻器滑片的位置,读出几组相应的电流表、电压表的示

数I和U的值,记入表格内,断开开关S.
5.拆去实验线路,整理好实验器材.

(2018· 长春质检)(1)某实验小组在“测定金属电阻率”的实验过程中, 正确 操作获得金属丝直径以及电流表、电压表的读数如图甲、乙、丙所示,则金属丝的 直径的读数是________. (2)已知实验中所用的滑动变阻器阻值范围为 0~10 Ω,电流表内阻约几欧,电 压表内阻约 20 kΩ.电源为干电池(不宜在长时间、 大功率状况下使用), 电动势 E=4.5 V,内阻很小.则图丁电路图中________(填电路图下方的字母代号)电路为本次实验 应当采用的最佳电路.但用此最佳电路测量的结果仍然会比真实值偏 ________.(填 “大”或“小”)

(3) 若实验所用的电流表内 阻的准确值 RA 是已知的,那么 准确测量金属丝电阻 Rx 的最佳 电路应是图丁中的 ________ 电

路(填电路图下的字母代
号 ) .此时测得电流为 I 、电压 为 U , 则 金 属 丝 电 阻 Rx =

________( 用 题 中 字 母 代 号 表
示 ).

答案:(1)0.880 mm (2)A 小

(3)B

U -RA I

解析:(1)螺旋测微器先读固定部分为0.5

mm,可动部分可估读为38.0×0.01

mm=0.380 mm,故总示数为:(0.5+0.380)mm=0.880 mm;电流表量程为0.6 A, 则最小刻度为0.02,指针所示为0.42 A;电流表量程为3 V,最小刻度为0.1 V,则读 数为2.25 V.

(2)因电源不能在大功率下长时间运行,则本实验应采用限流接法;同时电压表
内阻较大,由以上读数可知,待测电阻的内阻约为5 Ω,故采用电流表外接法误差 较小,故选A;在实验中电压表示数准确,但电流测量的是干路电流,故电流表示

数偏大,则由欧姆定律得出的结果偏小.

(3)因已知电流表内阻准确值,则可以利用电流表内接法准确求出待测电阻;故 U U 应选 B 电路;待测电阻及电流表总电阻 R= ,则待测电阻 Rx=R-RA= -RA. I I

02

实 验 能 力

一、数据处理 1.在求 R 的*均值时可用两种方法 U (1)用 R= 分别算出各次的数值,再取*均值. I (2)用 UI 图线的斜率求出. 2.计算电阻率 S πd2U 将记录的数据 R、l、d 的值代入电阻率计算式 ρ=R = . l 4lI

二、误差分析
1.金属丝的横截面积是利用直径计算而得,直径的测量是产生误差的主要来 源之一. 2.采用伏安法测量金属丝的电阻时,由于采用的是电流表外接法,测量值小 于真实值,使电阻率的测量值偏小.

3.金属丝的长度测量、电流表和电压表的读数等会带来偶然误差.
4.由于金属丝通电后发热升温,会使金属丝的电阻率变大,造成测量误差.

三、注意事项 1.先测直径,再连电路: 为了方便,测量直径时应在金属丝连入电路之前测 量.

2.电流表外接法:本实验中被测金属丝的阻值较小,故采用电流表外接法.
3.电流控制: 电流不宜过大,通电时间不宜过长,以免金属丝温度过高,导 致电阻率在实验过程中变大.

(2018· 河南开封模拟)在“测定金属的电阻率”的实验中, 某同学所测的金 属导体的形状如图甲所示,其横截面为空心的等边三角形,外等边三角形的边长是 内等边三角形边长的 2 倍,内三角形为中空.为了合理选用器材设计测量电路,他 先用多用表的欧姆挡“×1”按正确的操作步骤粗测其电阻,指针如图乙,则读数应 记为________Ω.

现利用实验室的下列器材,精确测量它的电阻 R,以便进一步测出该材料的电 阻率 ρ: A.电源 E(电动势为 3 V,内阻约为 1 Ω) B.电流表 C.电流表 (量程为 0~0.6 A,内阻 r1 约为 1 Ω) (量程为 0~0.6 A,内阻 r2=5 Ω)

D.最大阻值为 10 Ω 的滑动变阻器 R0 E.开关 S,导线若干

(1)请在图丙虚线框内补充画出完整、合理的测量电路图.

(2)先将 R0 调至最大,闭合开关 S,调节滑动变阻器 R0,记下各电表读数,再改 变 R0 进行多次测量. 在所测得的数据中选一组数据, 用测量量和已知量来计算 R 时, 若 的示数为 I1, 的示数为 I2,则该金属导体的电阻 R=________.

(3)该同学用直尺测量导体的长度为 L,用螺旋测微器测量了外三角形的边长 a. 测边长 a 时,螺旋测微器读数如图丁所示,则 a=________mm.用已经测得的物理量 R、L、a 等可得到该金属材料电阻率的表达式为 ρ=________.

解析:多用电表读数为:6×1 Ω=6 Ω; I2r2 (1)测量电路如图所示;(2)由欧姆定律可知:I2r2=(I1-I2)R,解得 R= ;(3) I1-I2 3 2 螺旋测微器读数 a=5.5 mm+0.01 mm×16.3=5.663 mm;导体的截面积为 S= a 4 2 ? a 3? 3 3 3 3 a I2r2 L ? ?2 2 - ?2? = a ,则根据欧姆定律 R=ρ ,解得 ρ= 4? ? 16 S 16L?I1-I2?

答案:6

I2r2 (1)电路图见解析 (2)R= I1-I2

3 3a2I2r2 (3)5.663(5.661-5.665) 16L?I1-I2?

03
方法1

实 验 创 新 伏安法测电阻

伏安法测电阻是电学实验的基础,是高考考查的热点,也是难点.它渗透在电 学实验的各个环节中,如测未知电阻、测电阻率、测各种电表内阻等. 特点:大内小外(内接法测量值偏大,测大电阻时应用内接法测量,测小电阻 时应采用外接法测量)

方法 2 伏伏法测电阻(电压表的灵活选用) 若电压表内阻已知,则可将其当作电流表、电压表和定值电阻来使用. (1)如图甲所示,两电压表的满偏电流接*时,若已知 U2 的内阻 R2= R1. U1 (2)如图乙所示,两电压表的满偏电流 IV1?IV2 时,若已知 一定值电阻 R0 后,同样可得 U2 的内阻 R2= . U1 U1 + R1 R0 的内阻 R1, 并联 的内阻 R1,则可测出

方法3

安安法测电阻(电流表的灵活选用)

若电流表内阻已知,则可将其当作电流表、电压表以及定值电阻来使用.

(1)如图甲所示,当两电流表所能测得的最 大电压接*时,如果已知 得 I1R1 的内阻 R2= . I2 的内阻 R1,则可测

(2)如图乙所示, 当两电流表的满偏电压 UA2?UA1 时, 如果已知 串联一定值电阻 R0 后,同样可测得 I1?R1+R0? 的电阻 R2= . I2

的内阻 R1,

用伏安法测定一个待测电阻 Rx 的阻值(阻值约为 200 Ω), 实验室提供如下 器材: 电池组 E:电动势 3 V,内阻不计; 电流表 A1:量程 0~15 mA,内阻约为 100 Ω; 电流表 A2:量程 0~300 μA,内阻为 1 000 Ω; 滑动变阻器 R1:阻值范围 0~20 Ω,额定电流 2 A; 电阻箱 R2,阻值范围 0~9 999 Ω,额定电流 1 A; 开关 S、导线若干.

要求实验中尽可能准确地测量Rx的阻值,请回答下列问题: (1)为了测量待测电阻两端的电压,可以将电流表________(填写器材代号)与电 阻箱串联,并将电阻箱阻值调到________Ω,这样可以改装成一个量程为3.0 V的电 压表. (2)在图中画出完整测量Rx阻值的电路图,并在图中标明器材代号.

(3) 调 节 滑 动 变 阻 器 R1 , 两 表 的 示 数 如 图 所 示 , 可 读 出 电 流 表 A1 的 示 数 是 ________mA,电流表A2的示数是________μA,测得待测电阻Rx的阻值是________.

3 解析:(1)把 A2 和 R2 串联起来充当电压表,此电压表量程为 3 V,R2= 300×10-6 Ω-1 000 Ω=9 000 Ω. (3)由图可知,电流表 A1 的示数为 8.0 mA,电流表 A2 的示数是 150 μA,待测电 150×10-6×?1 000+9 000? 阻阻值为 Rx= Ω=191 Ω. 8.0×10-3-150×10-6
答案:(1)A2 9 000 (2)电路如图 (3)8.0 150 191 Ω

方法 4 半偏法测电表内阻 (1)半偏法*似测量电流表内阻. A 的内阻,操作步骤如下: 如图所示,测量电流表○ A 表满偏为 I0; ①断开 S2、闭合 S1,调节 R0,使○ I0 A ②保持 R0 不变,闭合 S2,调节 R,使○表读数为 ; 2 ③由上得 RA=R.

(2)半偏法*似测量电压表内阻. V 的内阻,操作步骤如下: 如图所示,测量电压表○ ①滑动变阻器的滑片滑至最右端,电阻箱的阻值调到最大; V 表示数指到满偏刻度. ②闭合 S1、S2,调节 R0,使○ V 表指针指到满刻度的一半; ③断开 S2,保持 R0 不变,调节 R,使○ ④由上得 RV=R.

(2015· 全国卷Ⅱ)电压表满偏时通过该表的电流是半偏时通过该表电流的 两倍.某同学利用这一事实测量电压表的内阻(半偏法),实验室提供的器材如下: V (量程 3 V, 待测电压表○ 内阻约为 3 000 Ω), 电阻箱 R0(最大阻值为 99 999.9 Ω), 滑动变阻器 R1(最大阻值 100 Ω,额定电流 2 A),电源 E(电动势 6 V,内阻不计),开 关 2 个,导线若干.

(1)虚线框内为该同学设计的测量电压表内阻的电路图的一部分,将电路图补充 完整.

(2)根据设计的电路,写出实验步骤:______________________________. (3)将这种方法测出的电压表内阻记为 RV′,与电压表内阻的真实值 RV相比, RV′______RV( 填 “ >” 、 “ = ” 或 “ <”) 主 要 理 由 是 _____________________________. 解析: (1) 由于 R1 的总阻值远小于测量电路总电阻,故控制电路采用分压式接

法,电路图见答案.
(2)(3)见答案.

答案:(1)实验电路图如图所示 (2)移动滑动变阻器的滑片,以保证通电后电压表所在支 路分压最小;闭合开关S1、S2,调节R1,使电压表的指针满 偏;保持滑动变阻器滑片的位置不变,断开S2,调节电阻箱

R0使电压表的指针半偏;读取电阻箱所示的电阻值,此即为
测得的电压表内阻. (3)> 断开S2,调节电阻箱使电压表成半偏状态,电压表

所在支路总电阻增大,分得的电压也增大;此时R0两端的电
压大于电压表的半偏电压,故RV′>RV

方法5

“电桥”法测电阻

在 ab 间接一灵敏电流计如图所示,当其读数为零时即 Uab = 0 ,相当于 ab 间断 路,此时φa=φb , 则有IR1=I′R3,IR2=I′R4,两式相除得R1/R2=R3/R4即R1R4= R2R3 此时交叉电阻的乘积相等,所以知道其中任意三个电阻就可以求出第四个电

阻的阻值.

(2017· 全国卷Ⅱ)某同学利 用如图 (a) 所示的电路测量一微安表 (量程为 100 μA, 内阻大约为 2 500 Ω) 的内阻.可使用的器材有:两个滑动 变阻器 R1、 R2(其中一个阻值为 20 Ω, 另一个阻值为 2 000 Ω); 电阻箱 Rz(最 大阻值为 99 999.9 Ω); 电源 E(电动势 约为 1.5 V);单刀开关 S1 和 S2.C、D 分别为两个滑动变阻器的滑片.
图(a)

(1)按原理图(a)将图(b)中的实物连线. (2)完成下列填空: ①R1的阻值为________ Ω(填“20”或“2 000”).

② 为 了 保 护 微 安 表 , 开 始 时 将 R1 的 滑 片 C 滑 到 接 * 图 (a) 中 滑 动 变 阻 器 的
________端(填“左”或“右”)对应的位置;将R2的滑片D置于中间位置附*. ③将电阻箱Rz的阻值置于2 500.0 Ω,接通S1.将R1的滑片置于适当位置,再反复 调节R2的滑片 D的位置.最终使得接通 S2前后,微安表的示数保持不变,这说明 S2 接通前B与D所在位置的电势________(填“相等”或“不相等”).

④将电阻箱Rz和微安表位置对调,其他条件
保持不变,发现将Rz的阻值置于2 601.0 Ω时,在 接通S2前后,微安表的示数也保持不变.待测微 安表的内阻为________Ω(结果保留到个位). (3)写出一条提高测量微安表内阻精度的建

议:_________________________.
解析:(1)根据原理图(a),将图(b)中的实物连 线如图所示.

(2)①滑动变阻器R1在实验中为控制电路,且为分压接法,应选总阻值小的滑动

变阻器,故R1的阻值为20 Ω.
②为了保护微安表,S1闭合时,微安表上的电压为零,故开始时应将R1的滑片 C滑到滑动变阻器的左端. ③接通S2前后,微安表的示数保持不变,说明S2闭合后,没有电流流过S2,故 B、D两点的电势相等.

④实验过程中,由于测量电路,即由 Rz、 μA 、R2 组成的电路的阻值很大,可



认为测量电路两端的电压不变,故 μA 与 Rz 互换后通过 R2、Rz 和 μA 的电流不变, 电路如图所示.





由于 B、D 两点的电势相等,对于图甲,I1RμA=I2R′ RμA R′ I1Rz1=I2R,即 = Rz1 R 对于图乙,I1Rz2=I2R′ Rz2 R′ I1RμA=I2R.即 = RμA R RμA Rz2 所以 = Rz1 RμA 所以 RμA= Rz1Rz2= 2 500×2 601 Ω=2 550 Ω.

(3)提高测微安表内阻的精度,可减小系统误差,如调节R1上的分压,尽可能使
微安表接*满量程. 答案:(1)见解析图 (2)①20 ②左 ③相等 ④2 550 (3)调节R1上的分压, 尽可能使微安表接*满量程









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