高考物理一輪復習 第十章 恒定電流 第3講 實驗 測定金屬的電阻率 實驗 描繪小燈泡的伏安特性曲線課件

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1、第3講實驗：測定金屬的電阻率實驗：描繪小燈泡的伏安特性曲線知識梳理知識梳理一、測定金屬的電阻率一、測定金屬的電阻率實驗原理實驗方法伏安法實驗步驟數(shù)據(jù)處理21:,2:4xxRURIUId UUIldIl求的平均值可用兩種方法方法用分別算出各次的數(shù)值 再取平均值。方法用圖線的斜率求出。計算電阻率 將記錄的數(shù)據(jù) 、 、 、 的值代入電阻率計算式二、描繪小燈泡的伏安特性曲線二、描繪小燈泡的伏安特性曲線實驗原理實驗步驟數(shù)據(jù)處理,UIIU測多組小燈泡的 、 值 并繪出圖像圖線反映電流與電壓和溫度的關系1.為探究小燈泡L的伏安特性,連好圖甲所示的電路后閉合開關,通過移動變阻器的滑片,使小燈泡中的電流由零開始

2、逐漸增大,直到小燈泡正常發(fā)光,由電流表和電壓表得到的多組讀數(shù)描繪出的U-I圖像應是圖乙中的() 甲 乙答案答案 C小燈泡中的電流逐漸增大時其溫度升高,導致電阻R增大。只有C選項對。C2.在“測定金屬絲電阻率”實驗中,若金屬絲的電阻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。(1)實驗中用螺旋測微器測量導線直徑時,可估讀到0.001mm,用毫米刻度尺測量導線長度時,可估讀到0.1mm。(2)下述器材中應選用的是ABDG 。(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

3、(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)(3)在框內畫出電路圖。(4)在下圖中,將各器材連成實驗電路。 答案答案(1)0.0010.1(2)ABDG(3)(4)圖見解析解析解析(1)螺旋測微器讀數(shù)時可估讀到0.001 mm;毫米刻度尺讀數(shù)時估讀到分度值的下一位,即 0.1 mm。(2)PRx測量值大于真實值R測=Rx測量值小于真實值適用條件RARx(大電阻用內接法測量,測量值偏大)RVRx(小電阻用外接法測量,測量值偏小)UI測測UI測測xxR RRRVV2.伏安法測電阻的電路選擇伏安法測電阻的電路選擇(1)阻值比較法:先

4、將待測電阻的估計值與電壓表、電流表的內阻進行比較,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。(2)臨界值計算法:Rx 時,用電流表內接法。VAR RVAR R(3)實驗試探法:按圖接好電路,讓電壓表的接線端P先后與a、b處接觸一下,如果電壓表的示數(shù)有較大的變化,而電流表的示數(shù)變化不大,則可采用電流表外接法;如果電流表示數(shù)有較大的變化,而電壓表示數(shù)變化不大,可采用電流表內接法。3.滑動變阻器的兩種接法滑動變阻器的兩種接法 限流式接法分壓式接法電路圖特點用電器和滑動變阻器的一部分串聯(lián),另一部分不起作用調節(jié)電壓的范圍不能從零開始變化用電器和滑動變阻器的一部分并聯(lián)后和另一部分串聯(lián)

5、電壓可以從零調節(jié)到最大值適用條件滑動變阻器的最大阻值和用電器的阻值差不多且不要求電壓從零開始變化滑動變阻器的最大阻值小于用電器的阻值;電壓要求從零開始變化4.常用電表的讀數(shù)常用電表的讀數(shù)對于電壓表和電流表的讀數(shù)問題,首先要弄清電表量程,即指針指到最大刻度時電表允許的最大電壓或電流值,然后根據(jù)表盤總的刻度數(shù)確定精確度,按照指針的實際位置進行讀數(shù)即可。(1)03 V量程的電壓表和03 A量程的電流表讀數(shù)方法相同,此量程下的精確度分別是0.1 V和0.1 A,看清楚指針的實際位置,讀到小數(shù)點后面兩位。(2)對于015 V量程的電壓表,精確度是0.5 V,在讀數(shù)時只要求讀到小數(shù)點后面一位,即讀到0.1

6、 V。(3)對于00.6 A量程的電流表,精確度是0.02 A,在讀數(shù)時只要求讀到小數(shù)點后面兩位,這時要求“半格估讀”,即讀到最小刻度的一半0.01 A。 2-1 2017北京朝陽二模,21(2)在“測定金屬的電阻率”的實驗中,小強同學先用多用電表粗測了一段粗細均勻的電阻絲的阻值(約為5 ),隨后將其固定在帶有刻度尺的木板上,準備進一步精確測量其電阻。現(xiàn)有電源(電動勢E為3.0 V,內阻不計)、開關和導線若干,以及下列器材: A.電流表(量程03 A,內阻約0.025 )B.電流表(量程00.6 A,內阻約0.125 )C.電壓表(量程03 V,內阻約3 k)D.滑動變阻器(020 ,額定電流

7、2 A)E.滑動變阻器(0100 ,額定電流1 A)為減小誤差,且便于操作,在實驗中電流表應選B,滑動變阻器應選D (選填器材前的字母)。如圖甲所示,是測量該電阻絲電阻的實驗器材的實物圖,圖中已連接了部分導線,還有兩根導線沒有連接,請補充完整。甲在開關閉合前,滑動變阻器的滑片應當調到最左左(選填“左”或“右”)端;閉合開關后,實驗中電壓表讀數(shù)的最小值大于零大于零(選填“大于零”或“等于零”)。若不計實驗中的偶然誤差,則下列說法正確的是BC。A.測量值偏大,產生系統(tǒng)誤差的主要原因是電流表分壓B.測量值偏小,產生系統(tǒng)誤差的主要原因是電壓表分流 C.若已知電壓表的內阻,可計算出待測電阻的真實值D.若

8、已知電流表的內阻,可計算出待測電阻的真實值小鵬同學仍用上述電源,也設計了一個實驗,電路如圖乙所示,R為保護電阻,已測出電阻絲的橫截面積為S,用一個帶有接線柱的小金屬夾沿電阻絲滑動,可改變接入電路中電阻絲的長度L,實驗中記錄了幾組不同長度L對應的電流I。他準備利用圖像法處理數(shù)據(jù)來計算該電阻絲的電阻率。 乙請分析說明小鵬同學應該作出怎樣的線性函數(shù)圖像,并定性畫出該圖像;請指出在本實驗中電流表的內阻對該電阻絲電阻率的測量結果有無影響。答案答案BD如圖所示左大于零BC見解析解析解析通過電阻絲的最大電流約為Im= A=0.6 A,為減小讀數(shù)誤差,電流表應選B;為方便調節(jié),滑動變阻器應選D。本題中電壓表內

9、阻遠大于待測電阻絲電阻,其分流作用可忽略,故選用電流表外接法可較準確測量電阻絲的阻值。為保證實驗電路安全,開關閉合前應使變阻器接入電路的阻值最大。由串聯(lián)電路電壓規(guī)律可知電壓表讀數(shù)的最小值不為零。采用電流表外接法時,因電壓表的分流作用將使電流表示數(shù)大于通過電阻絲的電流,故測量的電阻值將偏小,B項正確;若已知電壓表內阻,則可準確計算出通過電阻絲的電流,進而計算出待測電阻的真實值,故C項正確。xER35設電阻絲連入電路部分的電阻為Rx,電流表的內阻為RA由閉合電路歐姆定律得E=I(Rx+R+RA)由電阻定律得Rx=則=+R+RA進一步整理可得:=L+顯然,隨L線性變化,可見應該畫-L圖像。圖像如圖所

10、示。LSEILS1IESARRE1I1I該圖像的斜率為k=,所以電阻率=ESk由表達式可知,電流表的內阻RA只影響圖像的截距而不影響圖像的斜率,所以,電流表的內阻對該電阻絲電阻率的測量結果沒有影響。ES2-2 (2012北京理綜,21,18分)在“測定金屬的電阻率”實驗中,所用測量儀器均已校準。待測金屬絲接入電路部分的長度約為50 cm。(1)用螺旋測微器測量金屬絲的直徑,其中某一次測量結果如圖1所示,其讀數(shù)應為（0.3950.399）mm(該值接近多次測量的平均值)。 圖1(2)用伏安法測金屬絲的電阻Rx。實驗所用器材為:電池組(電動勢3V,內阻約1 )、電流表(內阻約0.1 )、電壓表(內

11、阻約3 k)、滑動變阻器R(020 ,額定電流2 A)、開關、導線若干。某小組同學利用以上器材正確連接好電路,進行實驗測量,記錄數(shù)據(jù)如下:次數(shù)1234567U/V0.100.300.701.001.501.702.30I/A0.0200.0600.1600.2200.3400.4600.520由以上實驗數(shù)據(jù)可知,他們測量Rx是采用圖2中的甲甲圖(選填“甲”或“乙”)。 圖2(3)圖3是測量Rx的實驗器材實物圖,圖中已連接了部分導線,滑動變阻器的滑片P置于變阻器的一端。請根據(jù)(2)所選的電路圖,補充完成圖3中實物間的連線,并使閉合開關的瞬間,電壓表或電流表不至于被燒壞。 圖3(4)這個小組的同學

12、在坐標紙上建立U、I坐標系,如圖4所示,圖中已標出了與測量數(shù)據(jù)對應的4個坐標點。請在圖4中標出第2、4、6次測量數(shù)據(jù)的坐標點,并描繪出U-I圖線。由圖線得到金屬絲的阻值Rx=4.5（4.34.7）(保留兩位有效數(shù)字)。 圖4(5)根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以估算出金屬絲電阻率約為C(填選項前的符號)。A.110-2 mB.110-3 mC.110-6 mD.110-8 m(6)任何實驗測量都存在誤差。本實驗所用測量儀器均已校準,下列關于誤差的說法中正確的選項是CD(有多個正確選項)。A.用螺旋測微器測量金屬絲直徑時,由于讀數(shù)引起的誤差屬于系統(tǒng)誤差B.由于電流表和電壓表內阻引起的誤差屬于偶然誤差C.若將電流

13、表和電壓表的內阻計算在內,可以消除由測量儀表引起的系統(tǒng)誤差D.用U-I圖像處理數(shù)據(jù)求金屬絲電阻可以減小偶然誤差答案答案(1)(0.3950.399)(2)甲(3)如圖(a)所示(4)如圖(b)所示4.5(4.34.7)(5)C(6)CD (a) (b)解析解析(1)螺旋測微器的讀數(shù)原則為主尺數(shù)+套筒刻度數(shù)精度=(0+39.70.01) mm=0.397 mm。(2)由記錄數(shù)據(jù)知,若采用乙圖限流電路,則當U=0.10 V,I=0.020 A時,滑動變阻器須串入的電阻約為144 ,大于滑動變阻器的最大阻值20 ,所以實驗中滑動變阻器R應采用分壓式連接,故他們采用甲圖電路。(3)實物連接圖見答案,連

14、線時要注意:電壓表的正、負接線柱不要接反。滑動變阻器中滑片P的位置應使最初Rx兩端電壓為零。(4)U-I圖線見答案。求出圖線斜率即Rx的阻值。(5)R=,則=R=R110-6 m。LSSL2( )2dL(6)系統(tǒng)誤差是實驗原理、實驗方法不完善、測量工具不精密等因素造成的誤差。偶然誤差是人為、環(huán)境等偶然因素造成的誤差。故讀數(shù)引起的誤差屬偶然誤差,而電表的內阻引起的誤差是系統(tǒng)誤差,A、B選項錯誤;把電表內阻計算在內,完善了實驗方案,可消除這一因素引起的系統(tǒng)誤差,C選項正確;圖像法與多次測量求平均值的方法,可減小偶然誤差,D選項正確?？键c三描繪伏安特性曲線應注意的事項考點三描繪伏安特性曲線應注意的事

15、項1.電流表外接法電流表外接法:本實驗中被測小燈泡燈絲的電阻值較小,因此測量電路必須采用電流表外接法。2.滑動變阻器應采用分壓式連接滑動變阻器應采用分壓式連接本實驗要作出I-U圖線,要求測出一組包括零在內的電流、電壓值,故控制電路必須采用分壓式接法。3.保護元件安全保護元件安全:為保護元件不被燒毀,開關閉合前變阻器滑片應位于使加在小燈泡兩端的電壓為零的一端。 3-1 (2017北京海淀期末,12)某研究性學習小組的同學們設計了描繪小燈泡的伏安特性曲線的實驗,待測小燈泡的額定電壓為3.8 V。要求測量結果盡量精確,并繪制出小燈泡兩端電壓在03.8 V范圍內完整的伏安特性曲線。(1)若實驗室的電壓

16、表、電流表和滑動變阻器都滿足實驗要求,則在如圖1所示的兩種實驗方案中,應選擇甲甲(選填“甲”或“乙”)圖所示電路進行實驗。 圖1(2)若實驗中只提供了量程為3 V,內阻為3 000 的電壓表V1,為了繪制完整的伏安特性曲線,需要將電壓表V1改裝成量程為4 V的電壓表V2,則應將電壓表V1串聯(lián)串聯(lián)(選填“串聯(lián)”或“并聯(lián)”)一個阻值為1000的定值電阻,才能實現(xiàn)改裝的要求。(3)小組的同學們正確描繪出小燈泡的伏安特性曲線如圖2所示,根據(jù)這個特性曲線,同學們對小燈泡的實際功率與其兩端的電壓的關系,或與通過其電流的關系,猜想出了如圖3所示的關系圖像,其中可能正確的是AB 。(選填選項下面的字母序號)

17、圖2 圖3(4)某同學將該小燈泡接在一個電動勢為3.0 V、內阻為5.0 的電源上,組成一個閉合電路,則此時該小燈泡實際功率約為0.360.42W。(保留2位有效數(shù)字)答案答案(1)甲(2)串聯(lián)1000(3)AB(4)0. 360.42解析解析(1)描繪小燈泡伏安特性曲線的實驗數(shù)據(jù)要求從0開始,且選取的點盡可能多些,故應選用滑動變阻器的分壓式接法,故選甲圖。(2)將小量程電壓表改裝成大量程電壓表需要串聯(lián)一個電阻,在串聯(lián)電路中,電壓比等于電阻比,即=,得R串=1 000 ,故應將電壓表V1串聯(lián)一個阻值為1 000 的定值電阻。(3)由特性曲線可知,小燈泡的電阻隨溫度的升高逐漸增大,圖A、B表示電

18、阻在增大,故選AB。(4)如圖所示,將電源兩端電壓與電流的圖線畫在圖中,與小燈泡伏安特性曲線交點為小燈泡在此電源下工作的實際電壓與電流值,P=UI=2.00.20=0.40 W。3V4V3V3 000R串 3-2 2017北京朝陽一模,21(2)某同學想要描繪標有“3.8 V,0.3 A”字樣的小燈泡L的伏安特性曲線,要求測量數(shù)據(jù)、繪制曲線盡量準確?？晒┻x擇的器材除小燈泡、開關、導線外,還有:電壓表V,量程05 V,內阻約5 k電流表A1,量程0500 mA,內阻約0.5 電流表A2,量程0100 mA,內阻約4 滑動變阻器R1,最大阻值10 ,額定電流2.0 A滑動變阻器R2,最大阻值100

19、 ,額定電流1.0 A直流電源E,電動勢約6 V,內阻可忽略不計上述器材中,電流表應選A1,滑動變阻器應選R1(填寫所選器材后的字母)。請將圖甲所示的實驗電路圖補畫完整。該同學通過實驗得出了小燈泡的I-U圖像如圖乙所示。由圖可知,隨著電壓的增加,小燈泡的電阻逐漸增大增大(選填“增大”或“減小”);當小燈泡的電壓為3.00 V時,小燈泡的電阻是11(結果保留2位有效數(shù)字)。甲乙該同學在獲得了中小燈泡的I-U圖像后,又把兩只這樣的小燈泡并聯(lián),直接接在電動勢為4 V、內阻為8 的電源上組成閉合回路。請你利用圖像計算此時一只小燈泡的功率約為0.18W(結果保留2位有效數(shù)字)。該同學看到實驗室還有一個最

20、大阻值為17 k的滑動變阻器R3,想進一步探究若用R3來替換本實驗中的滑動變阻器結果會怎樣,請你分析論證該同學能否比較方便地獲取多組數(shù)據(jù),進而得到比較理想的小燈泡的伏安特性曲線。答案答案A1 R1如圖所示增大110.18見解析解析解析由題干信息可知電流表應選A1,由于實驗需要描繪小燈泡L的伏安特性曲線,故電路中滑動變阻器應采用分壓式接法,故選總電阻較小的,即R1。實驗電路采用電流表外接法,滑動變阻器采用分壓式接法。I-U圖像中,曲線上的點與原點連線的斜率表示,斜率越小,R越大。從I-U圖像中讀取3 V對應的點的縱坐標,利用R=,即可算得此時的電阻大小。當電源與兩只并聯(lián)的燈泡連接時,設通過每只燈

21、泡的電流為I,燈泡兩端電壓為U,由閉合電路歐姆定律有U=E-2Ir,代入數(shù)據(jù)得U=4 V-16 I,在圖中作出圖線,如圖所示,兩圖線交點坐標表示兩燈泡并聯(lián)在該電源1RUI兩端時每只燈泡的電流和電壓,由圖像可求出一只燈泡的功率約為0.18 W。本實驗的目的是描繪小燈泡的伏安特性曲線,電流、電壓數(shù)據(jù)需要從0開始,滑動變阻器需要采用分壓接法;如選取滑動變阻器R3,滑動變阻器左部分與燈泡并聯(lián),再與滑動變阻器右部分串聯(lián)。移動滑片時,在滑動變阻器左部分阻值較小時,小燈泡兩端的電壓變化非常不明顯,而當滑動變阻器左部分阻值非常大時,右部分阻值與燈泡差不多,此時燈泡兩端電壓變化非常快,無法準確調節(jié)。故采用R3無法得到比較理想的伏安特性曲線。