2019年高考物理大一輪復習 實驗08 測定金屬的電阻率學案 新人教版

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1、實驗08　測定金屬的電阻率 一、實驗目的 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(shù)方法； 2．掌握螺旋測微器和游標卡尺的原理及讀數(shù)方法； 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 由電阻定律R＝ρ得ρ＝R.金屬導線的電阻R用伏安法測量，金屬導線的長度l用毫米刻度尺測量，金屬導線的橫截面積S可由其直徑d算出，即S＝π2，直徑d可由螺旋測微器測出． 三、實驗器材 　被測金屬絲、螺旋測微器、毫米刻度尺、電池組、電流表、電壓表、滑動變阻器、開關、導線若干． 四、實驗步驟 1．直徑測定：用螺旋測微器在被測金屬導線上的三個不同位置各測一

2、次直徑，求出其平均值d，計算出導線的橫截面積S＝. 2．電路連接：按如圖所示的原理電路圖連接好用伏安法測電阻的實驗電路． 3．長度測量：用毫米刻度尺測量接入電路中的被測金屬導線的有效長度，反復測量3次，求出其平均值l. 4．U、I測量：把滑動變阻器的滑片調節(jié)到使接入電路中的電阻值最大的位置，電路經檢查確認無誤后，閉合開關S，改變滑動變阻器滑片的位置，讀出幾組相應的電流表、電壓表的示數(shù)I和U的值，記入表格內，斷開開關S. 5．拆去實驗線路，整理好實驗器材． (2018·長春質檢)(1)某實驗小組在“測定金屬電阻率”的實驗過程中，正確操作獲得金屬絲直徑以及電流表、電壓表的讀數(shù)如圖甲

3、、乙、丙所示，則金屬絲的直徑的讀數(shù)是________. (2)已知實驗中所用的滑動變阻器阻值范圍為0～10 Ω，電流表內阻約幾歐，電壓表內阻約20 kΩ.電源為干電池(不宜在長時間、大功率狀況下使用)，電動勢E＝4.5 V，內阻很?。畡t圖丁電路圖中________(填電路圖下方的字母代號)電路為本次實驗應當采用的最佳電路．但用此最佳電路測量的結果仍然會比真實值偏________.(填“大”或“小”) (3)若實驗所用的電流表內阻的準確值RA是已知的，那么準確測量金屬絲電阻Rx的最佳電路應是圖丁中的________電路(填電路圖下的字母代號)．此時測得電流為I、電壓為U，則金屬絲電阻Rx＝_

4、_______(用題中字母代號表示)． 解析：(1)螺旋測微器先讀固定部分為0.5 mm，可動部分可估讀為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，指針所示為0.42 A；電流表量程為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時間運行，則本實驗應采用限流接法；同時電壓表內阻較大，由以上讀數(shù)可知，待測電阻的內阻約為5 Ω，故采用電流表外接法誤差較小，故選A；在實驗中電壓表示數(shù)準確，但電流測量的是干路電流，故電流表示數(shù)偏大，則由歐姆定律得出的結果

5、偏小． (3)因已知電流表內阻準確值，則可以利用電流表內接法準確求出待測電阻；故應選B電路；待測電阻及電流表總電阻R＝，則待測電阻Rx＝R－RA＝－RA． 答案：(1)0.880 mm　(2)A　小　(3)B?。璕A 一、數(shù)據(jù)處理 1．在求R的平均值時可用兩種方法 (1)用R＝分別算出各次的數(shù)值，再取平均值． (2)用UI圖線的斜率求出． 2．計算電阻率 將記錄的數(shù)據(jù)R、l、d的值代入電阻率計算式ρ＝R＝. 二、誤差分析 1．金屬絲的橫截面積是利用直徑計算而得，直徑的測量是產生誤差的主要來源之一． 2．采用伏安法測量金屬絲的電阻時，由于采用的是電流表外接法，測量值小于

6、真實值，使電阻率的測量值偏?。? 3．金屬絲的長度測量、電流表和電壓表的讀數(shù)等會帶來偶然誤差． 4．由于金屬絲通電后發(fā)熱升溫，會使金屬絲的電阻率變大，造成測量誤差． 三、注意事項 1．先測直徑，再連電路：為了方便，測量直徑時應在金屬絲連入電路之前測量． 2．電流表外接法：本實驗中被測金屬絲的阻值較小，故采用電流表外接法． 3．電流控制：電流不宜過大，通電時間不宜過長，以免金屬絲溫度過高，導致電阻率在實驗過程中變大． (2018·河南開封模擬)在“測定金屬的電阻率”的實驗中，某同學所測的金屬導體的形狀如圖甲所示，其橫截面為空心的等邊三角形，外等邊三角形的邊長是內等邊三角形邊長的 2

7、 倍，內三角形為中空．為了合理選用器材設計測量電路，他先用多用表的歐姆擋“×1”按正確的操作步驟粗測其電阻，指針如圖乙，則讀數(shù)應記為________Ω. 現(xiàn)利用實驗室的下列器材，精確測量它的電阻 R，以便進一步測出該材料的電阻率 ρ： A．電源E(電動勢為3 V，內阻約為1 Ω) B．電流表(量程為0～0.6 A，內阻r1 約為1 Ω) C．電流表(量程為0～0.6 A，內阻r2＝5 Ω) D．最大阻值為10 Ω的滑動變阻器R0 E．開關S，導線若干 (1)請在圖丙虛線框內補充畫出完整、合理的測量電路圖． (2)先將R0調至最大，閉合開關S，調節(jié)滑動變阻器R0，記下各電

8、表讀數(shù)，再改變R0進行多次測量．在所測得的數(shù)據(jù)中選一組數(shù)據(jù)，用測量量和已知量來計算R時，若的示數(shù)為I1，的示數(shù)為I2，則該金屬導體的電阻 R＝________. (3)該同學用直尺測量導體的長度為L，用螺旋測微器測量了外三角形的邊長a.測邊長a時，螺旋測微器讀數(shù)如圖丁所示，則a＝________mm.用已經測得的物理量 R、L、a 等可得到該金屬材料電阻率的表達式為ρ＝________. 解析：多用電表讀數(shù)為：6×1 Ω＝6 Ω； (1)測量電路如圖所示；(2)由歐姆定律可知：I2r2＝(I1－I2)R，解得R＝；(3)螺旋測微器讀數(shù)a＝5.5 mm＋0.01 mm×16.3＝5.

9、663 mm；導體的截面積為S＝a2－2＝a2，則根據(jù)歐姆定律R＝ρ，解得ρ＝ 答案：6　(1)電路圖見解析　(2)R＝　(3)5.663(5.661－5.665)　 方法1　伏安法測電阻 伏安法測電阻是電學實驗的基礎，是高考考查的熱點，也是難點．它滲透在電學實驗的各個環(huán)節(jié)中，如測未知電阻、測電阻率、測各種電表內阻等． 特點：大內小外(內接法測量值偏大，測大電阻時應用內接法測量，測小電阻時應采用外接法測量) 方法2　伏伏法測電阻(電壓表的靈活選用) 若電壓表內阻已知，則可將其當作電流表、電壓表和定值電阻來使用． (1)如圖甲所示，兩電壓表的滿偏電流接近時，若已知的內阻

10、R1，則可測出的內阻R2＝R1. (2)如圖乙所示，兩電壓表的滿偏電流IV1?IV2時，若已知的內阻R1，并聯(lián)一定值電阻R0后，同樣可得的內阻R2＝. 方法3　安安法測電阻(電流表的靈活選用) 　若電流表內阻已知，則可將其當作電流表、電壓表以及定值電阻來使用． (1)如圖甲所示，當兩電流表所能測得的最大電壓接近時，如果已知的內阻R1，則可測得的內阻R2＝. (2)如圖乙所示，當兩電流表的滿偏電壓UA2?UA1時，如果已知的內阻R1，串聯(lián)一定值電阻R0后，同樣可測得的電阻R2＝. 用伏安法測定一個待測電阻Rx的阻值(阻值約為200 Ω)，實驗室提供如下器材： 電池組E：電

11、動勢3 V，內阻不計； 電流表A1：量程0～15 mA，內阻約為100 Ω； 電流表A2：量程0～300 μA，內阻為1 000 Ω； 滑動變阻器R1：阻值范圍0～20 Ω，額定電流2 A； 電阻箱R2，阻值范圍0～9 999 Ω，額定電流1 A； 開關S、導線若干． 要求實驗中盡可能準確地測量Rx的阻值，請回答下列問題： (1)為了測量待測電阻兩端的電壓，可以將電流表________(填寫器材代號)與電阻箱串聯(lián)，并將電阻箱阻值調到________Ω，這樣可以改裝成一個量程為3.0 V的電壓表． (2)在圖中畫出完整測量Rx阻值的電路圖，并在圖中標明器材代號． (3)調節(jié)

12、滑動變阻器R1，兩表的示數(shù)如圖所示，可讀出電流表A1的示數(shù)是________mA，電流表A2的示數(shù)是________μA，測得待測電阻Rx的阻值是________. 解析：(1)把A2和R2串聯(lián)起來充當電壓表，此電壓表量程為3 V，R2＝ Ω－1 000 Ω＝9 000 Ω. (3)由圖可知，電流表A1的示數(shù)為8.0 mA，電流表A2的示數(shù)是150 μA，待測電阻阻值為 Rx＝ Ω＝191 Ω. 答案：(1)A2　9 000　(2)電路如圖　(3)8.0　150　191 Ω 方法4　半偏法測電表內阻 　(1)半偏法近似測量電流表內阻． 如圖所示，測量電流表的內阻，操作步驟

13、如下： ①斷開S2、閉合S1，調節(jié)R0，使表滿偏為I0； ②保持R0不變，閉合S2，調節(jié)R，使表讀數(shù)為； ③由上得RA＝R. (2)半偏法近似測量電壓表內阻． 如圖所示，測量電壓表的內阻，操作步驟如下： ①滑動變阻器的滑片滑至最右端，電阻箱的阻值調到最大； ②閉合S1、S2，調節(jié)R0，使表示數(shù)指到滿偏刻度． ③斷開S2，保持R0不變，調節(jié)R，使表指針指到滿刻度的一半； ④由上得RV＝R. (2015·全國卷Ⅱ)電壓表滿偏時通過該表的電流是半偏時通過該表電流的兩倍．某同學利用這一事實測量電壓表的內阻(半偏法)，實驗室提供的器材如下： 待測電壓表(量程3 V，內阻約

14、為3 000 Ω)，電阻箱R0(最大阻值為99 999.9 Ω)，滑動變阻器R1(最大阻值100 Ω，額定電流2 A)，電源E(電動勢6 V，內阻不計)，開關2個，導線若干． (1)虛線框內為該同學設計的測量電壓表內阻的電路圖的一部分，將電路圖補充完整． (2)根據(jù)設計的電路，寫出實驗步驟：__________________________________________. (3)將這種方法測出的電壓表內阻記為RV′，與電壓表內阻的真實值RV相比，RV′______RV(填“>”、“＝”或“<”)主要理由是_____________________________________.

15、 解析：(1)由于R1的總阻值遠小于測量電路總電阻，故控制電路采用分壓式接法，電路圖見答案． (2)(3)見答案． 答案：(1)實驗電路圖如圖所示 (2)移動滑動變阻器的滑片，以保證通電后電壓表所在支路分壓最?。婚]合開關S1、S2，調節(jié)R1，使電壓表的指針滿偏；保持滑動變阻器滑片的位置不變，斷開S2，調節(jié)電阻箱R0使電壓表的指針半偏；讀取電阻箱所示的電阻值，此即為測得的電壓表內阻． (3)>　斷開S2，調節(jié)電阻箱使電壓表成半偏狀態(tài)，電壓表所在支路總電阻增大，分得的電壓也增大；此時R0兩端的電壓大于電壓表的半偏電壓，故RV′>RV 方法5　“電橋”法測電阻 在ab間接一靈敏電流

16、計如圖所示，當其讀數(shù)為零時即Uab＝0，相當于ab間斷路，此時φa＝φb , 則有IR1＝I′R3，IR2＝I′R4，兩式相除得R1/R2＝R3/R4即R1R4＝R2R3 此時交叉電阻的乘積相等，所以知道其中任意三個電阻就可以求出第四個電阻的阻值． (2017·全國卷Ⅱ)某同學利用如圖(a)所示的電路測量一微安表(量程為100 μA，內阻大約為2 500 Ω)的內阻．可使用的器材有：兩個滑動變阻器R1、R2(其中一個阻值為20 Ω，另一個阻值為2 000 Ω)；電阻箱Rz(最大阻值為99 999.9 Ω)；電源E(電動勢約為1.5 V)；單刀開關S1和S2.C、D分別為兩個滑動變阻器

17、的滑片． 　 　　 　圖(a) (1)按原理圖(a)將圖(b)中的實物連線． (2)完成下列填空： ①R1的阻值為________ Ω(填“20”或“2 000”)． ②為了保護微安表，開始時將R1的滑片C滑到接近圖(a)中滑動變阻器的________端(填“左”或“右”)對應的位置；將R2的滑片D置于中間位置附近． ③將電阻箱Rz的阻值置于2 500.0 Ω，接通S1.將R1的滑片置于適當位置，再反復調節(jié)R2的滑片D的位置．最終使得接通S2前后，微安表的示數(shù)保持不變，這說明S2接通前B與D所在位置的電勢________(填“相等”或“不相等”)．

18、④將電阻箱Rz和微安表位置對調，其他條件保持不變，發(fā)現(xiàn)將Rz的阻值置于2 601.0 Ω時，在接通S2前后，微安表的示數(shù)也保持不變．待測微安表的內阻為________Ω(結果保留到個位)． (3)寫出一條提高測量微安表內阻精度的建議：_________________________________. 解析：(1)根據(jù)原理圖(a)，將圖(b)中的實物連線如圖所示． (2)①滑動變阻器R1在實驗中為控制電路，且為分壓接法，應選總阻值小的滑動變阻器，故R1的阻值為20 Ω. ②為了保護微安表，S1閉合時，微安表上的電壓為零，故開始時應將R1的滑片C滑到滑動變阻器的左端． ③接通S2前

19、后，微安表的示數(shù)保持不變，說明S2閉合后，沒有電流流過S2，故B、D兩點的電勢相等． ④實驗過程中，由于測量電路，即由Rz、、R2組成的電路的阻值很大，可認為測量電路兩端的電壓不變，故與Rz互換后通過R2、Rz和的電流不變，電路如圖所示． 由于B、D兩點的電勢相等，對于圖甲，I1RμA＝I2R′ I1Rz1＝I2R，即＝ 對于圖乙，I1Rz2＝I2R′ I1RμA＝I2R.即＝ 所以＝ 所以RμA＝＝ Ω＝2 550 Ω. (3)提高測微安表內阻的精度，可減小系統(tǒng)誤差，如調節(jié)R1上的分壓，盡可能使微安表接近滿量程． 答案：(1)見解析圖　(2)①20?、谧蟆、巯嗟取、? 550　(3)調節(jié)R1上的分壓，盡可能使微安表接近滿量程 10