2019-2020學(xué)年高中物理 第2章 電路 實(shí)驗(yàn)2 測(cè)定金屬的電阻率學(xué)案 粵教版選修3-1

《2019-2020學(xué)年高中物理 第2章 電路 實(shí)驗(yàn)2 測(cè)定金屬的電阻率學(xué)案 粵教版選修3-1》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2019-2020學(xué)年高中物理 第2章 電路 實(shí)驗(yàn)2 測(cè)定金屬的電阻率學(xué)案 粵教版選修3-1（11頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、實(shí)驗(yàn)2　測(cè)定金屬的電阻率 [學(xué)習(xí)目標(biāo)]　1.進(jìn)一步掌握用伏安法測(cè)電阻的電路的設(shè)計(jì)思想．　2.掌握螺旋測(cè)微器的讀數(shù)方法．　3.掌握測(cè)定金屬電阻率的實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)過程及數(shù)據(jù)處理方法． 一、螺旋測(cè)微器的讀數(shù)原理 1．構(gòu)造及原理 如圖所示，它的測(cè)砧A和固定刻度B固定在尺架C上，可動(dòng)刻度E、旋鈕D、微調(diào)旋鈕D′是與測(cè)微螺桿F連在一起的，并通過精密螺紋套在B上，精密螺紋的螺距是0.5 mm，即旋鈕D每轉(zhuǎn)一周，測(cè)微螺桿F前進(jìn)或后退0.5mm，可動(dòng)刻度分成50等份，每一等份表示0.01 mm． 2．使用方法 當(dāng)A與F并攏時(shí)，可動(dòng)刻度E的零點(diǎn)恰好跟固定刻度B的零點(diǎn)重合，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)旋鈕D，將測(cè)

2、微螺桿F旋出，把被測(cè)物體放入A、F之間的夾縫中，再順時(shí)針旋轉(zhuǎn)旋鈕D，F(xiàn)快要接觸被測(cè)物時(shí)，要停止使用旋鈕D，改用微調(diào)旋鈕D′，直到聽到“咔、咔”聲． 3．讀數(shù)方法 L＝固定刻度示數(shù)＋可動(dòng)刻度示數(shù)(估讀一位)×分度值． 注意：(1)以毫米為單位時(shí)，小數(shù)點(diǎn)后面要有三位有效數(shù)字，特別是最后一位估讀數(shù)字為零時(shí)，不能省略． (2)在讀數(shù)時(shí)注意半毫米刻度線是否已露出． 二、游標(biāo)卡尺的原理及讀數(shù)方法 1．構(gòu)造：主尺、游標(biāo)尺(主尺和游標(biāo)尺上各有一個(gè)內(nèi)、外測(cè)量爪)、游標(biāo)卡尺上還有一個(gè)深度尺．(如圖所示) 2．用途：測(cè)量厚度、長(zhǎng)度、深度、內(nèi)徑、外徑． 3．原理：利用主尺的最小分度與游標(biāo)尺的最小分

3、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(zhǎng)度比主尺上的同樣多的小等分刻度少1 mm.常見的游標(biāo)尺上小等分刻度有10個(gè)、20個(gè)、50個(gè)的，其規(guī)格見下表： 刻度格數(shù)(分度) 刻度總長(zhǎng)度 1 mm與每小格的差值 精確度(可精確到) 10 9 mm 0.1 mm 0.1 mm 20 19 mm 0.05 mm 0.05 mm 50 49 mm 0.02 mm 0.02 mm 4.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度線對(duì)齊的游標(biāo)的格數(shù)，則記錄結(jié)果表示為(x＋K×精確度)mm. 三、測(cè)定金屬的電阻率 1

4、．實(shí)驗(yàn)原理 (1)把金屬絲接入電路中，用伏安法測(cè)金屬絲的電阻R(R＝)．電路原理圖如圖所示． (2)用毫米刻度尺測(cè)出金屬絲的長(zhǎng)度l，用螺旋測(cè)微器測(cè)出金屬絲的直徑d，算出橫截面積S. (3)由電阻定律R＝ρ，得ρ＝＝＝，求出電阻率． 2．實(shí)驗(yàn)器材 螺旋測(cè)微器、毫米刻度尺、電壓表、電流表、定值電阻、開關(guān)及導(dǎo)線、被測(cè)金屬導(dǎo)線、電池、滑動(dòng)變阻器． 3．實(shí)驗(yàn)步驟 (1)測(cè)直徑：用螺旋測(cè)微器在被測(cè)金屬導(dǎo)線上三個(gè)不同位置各測(cè)一次直徑，并記錄． (2)連電路：按如圖所示的電路圖連接實(shí)驗(yàn)電路． (3)量長(zhǎng)度：用毫米刻度尺測(cè)量接入電路中的被測(cè)金屬導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度，重復(fù)測(cè)量3次，并記錄． (4

5、)求電阻：把滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭調(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(dòng)變阻器滑動(dòng)觸頭的位置，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)拆除實(shí)驗(yàn)電路，整理好實(shí)驗(yàn)器材． 4．?dāng)?shù)據(jù)處理 電阻R的數(shù)值可用以下兩種方法確定： (1)計(jì)算法：利用每次測(cè)量的U、I值分別計(jì)算出電阻，再求出電阻的平均值作為測(cè)量結(jié)果． (2)圖象法：可建立I-U坐標(biāo)系，將測(cè)量的U、I值描點(diǎn)作出圖象，利用圖象的斜率來求出電阻值R. 5．實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng) (1)因一般金屬絲電阻較小，為了減少實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)誤差，必須選擇電流表外接法； (2)本實(shí)驗(yàn)若

6、用限流式接法，在接通電源之前應(yīng)將滑動(dòng)變阻器調(diào)到阻值最大狀態(tài)． (3)測(cè)量l時(shí)應(yīng)測(cè)接入電路的金屬絲的有效長(zhǎng)度(即兩接線柱之間的長(zhǎng)度)；在金屬絲的3個(gè)不同位置上用螺旋測(cè)微器測(cè)量直徑d. (4)電流不宜過大(電流表用0～0.6 A量程)，通電時(shí)間不宜太長(zhǎng)，以免電阻率因溫度升高而變化. 【例1】　現(xiàn)有一合金制成的圓柱體．為測(cè)量該合金的電阻率，現(xiàn)用伏安法測(cè)量圓柱體兩端之間的電阻，用螺旋測(cè)微器測(cè)量該圓柱體的直徑，用游標(biāo)卡尺測(cè)量該圓柱體的長(zhǎng)度．螺旋測(cè)微器和游標(biāo)卡尺的示數(shù)如圖甲和乙所示． 甲　　　　　　　　　　乙 (1)由圖讀得圓柱體的直徑為________mm，長(zhǎng)度為________cm.

7、 (2)若流經(jīng)圓柱體的電流為I，圓柱體兩端之間的電壓為U，圓柱體的直徑和長(zhǎng)度分別用D、L表示，則用D、L、I、U表示的電阻率的關(guān)系式為ρ＝________． [解析]　(1)圓柱體的直徑為1.5 mm＋34.5×0.01 mm＝1.845 mm；長(zhǎng)度為42 mm＋8×0.05 mm＝42.40 mm＝4.240 cm. (2)由歐姆定律R＝和電阻定律R＝ 聯(lián)立得ρ＝＝＝. [答案]　(1)1.845(1.842～1.846均可)　4.240 (2) 【例2】　在“測(cè)定金屬的電阻率”實(shí)驗(yàn)中，所用測(cè)量?jī)x器均已校準(zhǔn)．待測(cè)金屬絲接入電路部分的長(zhǎng)度約為50 cm. (1)用螺旋測(cè)微器

8、測(cè)量金屬絲的直徑，其中某一次測(cè)量結(jié)果如圖所示，其讀數(shù)應(yīng)為________mm(該值接近多次測(cè)量的平均值)． (2)用伏安法測(cè)金屬絲的電阻Rx.實(shí)驗(yàn)所用器材為電池組(電動(dòng)勢(shì)3 V，內(nèi)阻約1 Ω)、電流表(內(nèi)阻約0.1 Ω)、電壓表(內(nèi)阻約3 kΩ)、滑動(dòng)變阻器R(0～20 Ω，額定電流2 A)、開關(guān)、導(dǎo)線若干． 某小組同學(xué)利用以上器材正確連接好電路，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量，記錄數(shù)據(jù)如下： 次數(shù) 1 2 3 4 5 6 7 U/V 0.10 0.30 0.70 1.00 1.50 1.70 2.30 I/A 0.020 0.060 0.160 0.220 0.

9、340 0.460 0.520 由以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，他們測(cè)量Rx是采用圖中的______圖(選填“甲”或“乙”)． (3)如圖是測(cè)量Rx的實(shí)驗(yàn)器材實(shí)物圖，圖中已連接了部分導(dǎo)線，滑動(dòng)變阻器的滑片P置于變阻器的一端．請(qǐng)根據(jù)(2)所選的電路圖，補(bǔ)充完成圖中實(shí)物間的連線，并使閉合開關(guān)的瞬間，電壓表或電流表不至于被燒壞． (4)這個(gè)小組的同學(xué)在坐標(biāo)紙上建立U、I坐標(biāo)系，如圖所示，圖中已標(biāo)出了與測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的4個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)．請(qǐng)?jiān)趫D中標(biāo)出第2、4、6次測(cè)量數(shù)據(jù)的坐標(biāo)點(diǎn)，并描繪出U-I圖線．由圖線得到金屬絲的阻值Rx＝________Ω(保留兩位有效數(shù)字)． (5)根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以估算出金

10、屬絲電阻率約為________(填選項(xiàng)前的符號(hào))． A．1×10－2Ω·m B．1×10－3Ω·m C．1×10－6Ω·m D．1×10－8Ω·m [解析]　(1)螺旋測(cè)微器的讀數(shù)為0＋39.8×0.01 mm＝0.398 mm. (2)由實(shí)驗(yàn)記錄的數(shù)據(jù)可知Rx的阻值大約為5 Ω.由題知Rx RV，故電流表?外接．若滑動(dòng)變阻器為限流式接法，則Rx兩端的電壓最小值Umin＝E≈0.6 V，而從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知Rx兩端電壓為0.10 V，因此滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓式接法． (3)如圖甲所示 (4)選盡可能多的點(diǎn)連成一條直線，不在直線上的點(diǎn)均勻分布在直線兩側(cè)，如圖乙所示． 圖線的斜率

11、反映了金屬絲的電阻，因此金屬絲的電阻值Rx≈4.4 Ω. (5)根據(jù)R＝ρ得金屬絲的電阻率ρ＝＝＝Ω·m≈1.09×10－6Ω·m，故選項(xiàng)C正確． [答案]　(1)0.398(0.395～0.399均正確)　(2)甲 (3)見解析圖甲　(4)見解析圖乙　4.4(4.3～4.7均正確)　(5)C (1)實(shí)物連接時(shí)，注意導(dǎo)線不能相交叉，并且要注意閉合開關(guān)時(shí)，分壓電路的輸出端電壓要為零． (2)對(duì)螺旋測(cè)微器進(jìn)行讀數(shù)時(shí)要注意：①以毫米為單位時(shí)，小數(shù)點(diǎn)后面要有三位有效數(shù)字，特別是最后一位估讀數(shù)字為零時(shí)，不能省略．②在讀數(shù)時(shí)注意半毫米刻度線是否已露出． 1．在“測(cè)定金屬的電阻率”的實(shí)驗(yàn)

12、中，由ρ＝可知，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性影響最大的是(　　) A．金屬絲直徑d的測(cè)量 B．電壓U的測(cè)量 C．電流I的測(cè)量 D．金屬絲長(zhǎng)度l的測(cè)量 A　[四個(gè)選項(xiàng)中的四個(gè)物理量對(duì)金屬絲的電阻率均有影響，但影響最大的是直徑d，因?yàn)樵谟?jì)算式中取直徑的平方．] 2．在“測(cè)定金屬絲的電阻率”實(shí)驗(yàn)中，以下操作中錯(cuò)誤的是(　　) A．用米尺測(cè)量金屬絲的全長(zhǎng)三次，算出其平均值 B．用螺旋測(cè)微器在金屬絲三個(gè)不同部位各測(cè)量一次直徑，算出其平均值 C．用伏安法測(cè)電阻時(shí)采用電流表外接法，多次測(cè)量后算出平均值 D．實(shí)驗(yàn)中保持金屬絲的溫度不變 A　[應(yīng)測(cè)量出金屬絲連入電路的有效長(zhǎng)度三次，求平均值，而不是全長(zhǎng)，

13、故A錯(cuò)誤；為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，應(yīng)用螺旋測(cè)微器在金屬絲三個(gè)不同部位各測(cè)量一次直徑，算出其平均值，B正確；金屬絲電阻很小，與電壓表內(nèi)阻相差很大，使電壓表和金屬絲并聯(lián)，電壓表的分流作用很小，應(yīng)采用電流表外接法，故C正確；金屬絲的電阻率隨溫度的改變而改變，為保持電阻率不變，應(yīng)保持溫度不變，故D正確；故選A.] 3．在測(cè)定阻值較小的金屬的電阻率的實(shí)驗(yàn)中，為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，并要求在實(shí)驗(yàn)中獲得較大的電壓調(diào)節(jié)范圍，在測(cè)量其電阻時(shí)應(yīng)選擇的電路是(　　) D　[金屬阻值較小，在用伏安法測(cè)電阻時(shí)應(yīng)該用電流表外接法，題干中要求實(shí)驗(yàn)中獲得較大的電壓調(diào)節(jié)范圍，故滑動(dòng)變阻器要采用分壓式接法，D正確．] 4．如圖

14、是一個(gè)瓶蓋形的有底的中空?qǐng)A柱形工件，要求用游標(biāo)卡尺測(cè)量其體積．工件的內(nèi)徑、外徑、高和孔深分別用d、D、H、h表示，它們應(yīng)依次用游標(biāo)卡尺的________、________、________、________部分來測(cè)量． [解析]　工件的內(nèi)徑、外徑、高和孔深分別用d、D、H、h表示，它們應(yīng)依次用游標(biāo)卡尺的：內(nèi)測(cè)腳、外測(cè)腳、外測(cè)腳和深度測(cè)腳進(jìn)行測(cè)量． [答案]　內(nèi)測(cè)腳　外測(cè)腳　外測(cè)腳　深度測(cè)腳 5．在探究“決定導(dǎo)線電阻因素”的實(shí)驗(yàn)中．需要進(jìn)行以下測(cè)量： (1)用螺旋測(cè)微器測(cè)得導(dǎo)線的直徑如圖甲所示，其讀數(shù)是0.701 mm.請(qǐng)?jiān)趫D中相應(yīng)刻度處的方框內(nèi)填入正確數(shù)字． 甲 (2)欲用

15、伏安法測(cè)定一段電阻絲的電阻，其阻值約為12 Ω，要求測(cè)量結(jié)果盡量準(zhǔn)確，并且電壓、電流測(cè)量范圍盡可能大一些．下列器材中：電流表應(yīng)選用(填器材的標(biāo)號(hào)，下同)________，電壓表應(yīng)選用________，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用________．并在如圖乙的虛線框內(nèi)畫出你設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)電路圖． A．電池組E(6 V，內(nèi)阻很小) B．電流表A1(0～3 A，內(nèi)阻約0.01 Ω) C．電流表A2(0～0.6 A，內(nèi)阻約0.1 Ω) D．電壓表V1(0～3 V，內(nèi)阻約3 kΩ) E．電壓表V2(0～6 V，內(nèi)阻約6 kΩ) F．滑動(dòng)變阻器R1(0～5 Ω，2 A) G．滑動(dòng)變阻器R2(0～1 kΩ，1

16、 A) H．電鍵、導(dǎo)線 乙 [解析]　(1)螺旋測(cè)微器的讀數(shù)為0.701 mm，故可分解為0.5 mm＋0.201 mm，即0.5 mm＋20.1×0.01 mm，三個(gè)格子里的示數(shù)分別為25，20，15. (2)電源電動(dòng)勢(shì)是6 V，電壓表選V2(0～6 V，內(nèi)阻6 kΩ)，電路最大電流I＝＝＝0.5 A，則電流表可選A2(0～0.6 A，內(nèi)阻0.1 Ω)，電壓從零開始，滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓接法，由于＝＝120<＝＝500，則電流表采用外接法，滑動(dòng)變阻器的范圍應(yīng)與電阻值差不多，方便調(diào)節(jié)，所以滑動(dòng)變阻器選R1，實(shí)驗(yàn)電路圖如圖所示． [答案]　(1)25　20　15　(2)A2　V

17、2　R1　見解析圖 6．(1)某同學(xué)為了測(cè)量某阻值約為5 Ω的金屬棒的電阻率，進(jìn)行了如下操作：分別使用10分度游標(biāo)卡尺和螺旋測(cè)微器測(cè)量金屬棒的長(zhǎng)度L和直徑d，某次測(cè)量的示數(shù)如圖甲和乙所示，長(zhǎng)度L＝__________ mm，直徑d＝________ mm. 甲　　　　　　　　　　　乙 (2)現(xiàn)備有下列器材：待測(cè)金屬棒：Rx(阻值約5 Ω)；電壓表：V1(量程3 V，內(nèi)阻約3 kΩ)；V2(量程15 V，內(nèi)阻約9 kΩ)；電流表：A1(量程0.6 A，內(nèi)阻約0.2 Ω)；A2(量程3 A，內(nèi)阻約0.05 Ω)；電源：E1(電動(dòng)勢(shì)3 V，內(nèi)阻不計(jì))；滑動(dòng)變阻器：R1(最大阻值約20 Ω)

18、；R2(最大阻值約1 000 Ω)；開關(guān)S；導(dǎo)線若干． 丙　　　　　　　　　　　丁 若滑動(dòng)變阻器采用限流按法，為使測(cè)量盡量精確，電壓表應(yīng)選________，電流表應(yīng)選________，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選________(均選填器材代號(hào))．正確選擇儀器后請(qǐng)?jiān)趫D丙中用筆畫線代替導(dǎo)線，完成實(shí)物電路的連接．用伏安法測(cè)得該電阻的電壓和電流，并作出其U-I圖象如圖丁所示，若圖象的斜率為k，則該金屬棒的電阻率ρ＝__________．(用題目中所給各個(gè)量的對(duì)應(yīng)字母進(jìn)行表述) [解析]　(1)游標(biāo)卡尺主尺示數(shù)與游標(biāo)尺示數(shù)之和是游標(biāo)卡尺的示數(shù)，故長(zhǎng)度L為22 mm＋5×0.1 mm＝22.5 mm；螺旋測(cè)

19、微器固定刻度示數(shù)與可動(dòng)刻度示數(shù)之和是螺旋測(cè)微器示數(shù)，故直徑d為6.5 mm＋21.3×0.01 mm＝6.713 mm. (2)電源電動(dòng)勢(shì)為3 V，故電壓表用V1；電流表用A1；由于被測(cè)電阻約為5 Ω，故滑動(dòng)變阻器用R1；實(shí)物連接圖見答案圖． U-I圖象的斜率的物理意義為被測(cè)電阻的阻值，即k＝R，結(jié)合電阻定律可得金屬棒的電阻率表達(dá)式為：ρ＝. [答案]　(1)22.5　6.713(6.712～6.718均正確) (2)V1　A1　R1　實(shí)物圖如圖所示　 7．利用如圖所示的電路測(cè)量某種電阻絲材料的電阻率，所用電阻絲的電阻約為20 Ω.帶有刻度尺的木板上有a和b兩個(gè)接線柱，把電阻絲拉

20、直后固定在接線柱a和b上．在電阻絲上夾上一個(gè)帶有接線柱c的小金屬夾，沿電阻絲移動(dòng)金屬夾，可改變其與電阻絲接觸點(diǎn)P的位置，從而改變接入電路中電阻絲的長(zhǎng)度．可供選擇的器材還有： 電池組E(電動(dòng)勢(shì)為3.0 V)； 電流表A1(量程0～100 mA，內(nèi)阻約5 Ω)； 電流表A2(量程0～0.6 A，內(nèi)阻約0.2 Ω)； 電阻箱R(0～999.9 Ω)； 開關(guān)、導(dǎo)線若干． 實(shí)驗(yàn)操作步驟如下： A．用螺旋測(cè)微器在電阻絲上三個(gè)不同的位置分別測(cè)量電阻絲的直徑； B．將選用的實(shí)驗(yàn)器材，按照?qǐng)D連接實(shí)驗(yàn)電路； C．調(diào)節(jié)電阻箱使其接入電路中的電阻值較大； D．將金屬夾夾在電阻絲上某位置，閉合開

21、關(guān)，調(diào)整電阻箱的阻值，使電流表滿偏，然后斷開開關(guān)．記錄電阻箱的電阻值R和接入電路的電阻絲長(zhǎng)度L； E．改變金屬夾與電阻絲接觸點(diǎn)的位置，閉合開關(guān)，調(diào)整電阻箱的阻值，使電流表再次滿偏．重復(fù)多次，記錄每一次電阻箱的電阻值R和接入電路的電阻絲長(zhǎng)度L； F．?dāng)嚅_開關(guān)，整理好器材． (1)某次測(cè)量電阻絲直徑d時(shí)，螺旋測(cè)微器示數(shù)如圖所示，則d＝________mm； (2)實(shí)驗(yàn)中電流表應(yīng)選擇________(填“A1”或“A2”)； (3)用記錄的多組電阻箱的阻值R和對(duì)應(yīng)的接入電路中電阻絲長(zhǎng)度L的數(shù)據(jù)，繪出了如圖所示的R-L關(guān)系圖線，圖線在R軸的截距為R0，在L軸的截距為L(zhǎng)0，再結(jié)合測(cè)出的電阻

22、絲直徑d，寫出電阻絲的電阻率表達(dá)式ρ＝________(用給定的物理量符號(hào)和已知常數(shù)表示)． (4)本實(shí)驗(yàn)中，電流表的內(nèi)阻對(duì)電阻率的測(cè)量結(jié)果______影響(填“有”或“無”)． [解析]　(1)螺旋測(cè)微器的讀數(shù)為： d＝0.5 mm＋23.0×0.01 mm＝0.730 mm. (2)根據(jù)歐姆定律可知，電路中的最大電流為： Imax＝＝A＝0.15 A＝150 mA，所以電流表應(yīng)選A1. (3)根據(jù)歐姆定律，應(yīng)有：Ig＝可得：R＝－Rx 根據(jù)電阻定律應(yīng)有：Rx＝ 聯(lián)立以上兩式可得：R＝－L＋ 根據(jù)函數(shù)斜率的概念應(yīng)有：＝ 解得：ρ＝. (4)本題中若考慮電流表內(nèi)阻RA，則有：R＝－L＋－RA，對(duì)圖象的斜率沒有影響，即電流表內(nèi)阻對(duì)電阻率的測(cè)量結(jié)果無影響． [答案]　(1)0.730　(2)A1　(3)　(4)無 - 11 -