高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第七章 第3講 實(shí)驗(yàn)七 測(cè)定金屬的電阻率課件.ppt

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握電流表、電壓表和滑動(dòng)變阻器的使用方法及電流表和電壓表的讀數(shù)方法。知識(shí)梳理2.掌握螺旋測(cè)微器及游標(biāo)卡尺的原理及讀數(shù)方法。3.會(huì)用伏安法測(cè)電阻,進(jìn)一步測(cè)定金屬的電阻率。實(shí)驗(yàn)原理1.螺旋測(cè)微器(1)螺旋測(cè)微器的構(gòu)造如圖所示是常用的螺旋測(cè)微器。它的測(cè)砧A和固定刻度B固定在尺架C上。旋鈕D、微調(diào)旋鈕D和可動(dòng)刻度E、測(cè)微螺桿F連在一起,通過(guò)精密螺紋套在B上。 (2)螺旋測(cè)微器的原理精密螺紋的螺距為0.5 m m ,即旋鈕D每旋轉(zhuǎn)一周,F前進(jìn)或后退0.5 m m ,而可 動(dòng)刻度E上的刻度為50等份,每轉(zhuǎn)動(dòng)一小格,F前進(jìn)或后退0.01 m m ,即螺旋測(cè)微器的精確度為0.01 m m。讀數(shù)時(shí)估讀到毫米的千分位上,因此,螺旋測(cè)微器又叫千分尺。(3)讀數(shù):測(cè)量時(shí)被測(cè)物體長(zhǎng)度的整毫米數(shù)由固定刻度讀出,小數(shù)部分由可動(dòng)刻度讀出。測(cè)量值(毫米)=固定刻度數(shù)(毫米)(注意半毫米刻線是否露出)+可動(dòng)刻度數(shù)(估讀一位)0.01(毫米)如圖所示,固定刻度示數(shù)為2.0 m m ,可動(dòng)刻度上讀的示數(shù)為15.00.01 m m ,最后的讀數(shù)為:2.0 m m +15.00.01 m m =2.150 m m。 2.游標(biāo)卡尺(如圖)(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)尺上還有一個(gè)深度尺,尺身上還有一個(gè)緊固螺釘。 (2)用途:測(cè)量厚度、長(zhǎng)度、深度、內(nèi)徑、外徑。(3)原理:利用主尺的分度值與游標(biāo)尺的分度值的差值制成。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 m m。常見(jiàn)的游標(biāo)卡尺的游標(biāo)尺上小等分刻度有10個(gè)的、20個(gè)的、50個(gè)的,見(jiàn)下表:刻度格數(shù)(分度)刻度總長(zhǎng)度每小格與1 m m的差值精確度(可準(zhǔn)確到)10 9 m m 0.1 m m 0.1 m m20 19 m m 0.05 m m 0.05 m m 50 49 m m 0.02 m m 0.02 m m (4)讀數(shù):若用x表示由主尺上讀出的整毫米數(shù),K表示從游標(biāo)尺上讀出的與主尺上某一刻線對(duì)齊的游標(biāo)尺上的格數(shù),則記錄結(jié)果表達(dá)為x+K精確度。3.伏安法測(cè)電阻(1)電流表的內(nèi)接法和外接法的比較 內(nèi)接法外接法電路圖 誤差原因電流表分壓U 測(cè)=Ux+UA電壓表分流I測(cè)=Ix+IV電阻測(cè)量值R測(cè)=Rx+RARx測(cè)量值大于真實(shí)值R測(cè)=Rx測(cè)量值小于真實(shí)值UI測(cè)測(cè)UI測(cè)測(cè)xxR RR RV V適用條件RA Rx RV Rx適用于測(cè)量大電阻小電阻 (2)兩種電路的選擇阻值比較法:先將待測(cè)電阻的估計(jì)值與電壓表、電流表內(nèi)阻進(jìn)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(nèi)接法。簡(jiǎn)單概括為“大內(nèi)偏大,小外偏小”。臨界值計(jì)算法R x時(shí),用電流表內(nèi)接法。V AR RV AR R 實(shí)驗(yàn)試探法:按圖接好電路,讓電壓表一根接頭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;如果電流表的示數(shù)有較大的變化,而電壓表的示數(shù)變化不大,則 可采用電流表內(nèi)接法。4.電阻率的測(cè)定原理把金屬絲接入如圖所示的電路中,用電壓表測(cè)金屬絲兩端的電壓,用電流表測(cè)通過(guò)金屬絲的電流,根據(jù)R x=計(jì)算金屬絲的電阻Rx,然后用毫米刻度尺測(cè)量金屬絲的有效長(zhǎng)度l,用螺旋測(cè)微器測(cè)量金屬絲的直徑d,計(jì)算出金屬絲的橫截面積S;根據(jù)電阻定律Rx=,得出計(jì)算金屬絲電阻率的公式=。UIlS xR Sl24d UlI 實(shí)驗(yàn)器材毫米刻度尺,螺旋測(cè)微器,直流電流表和直流電壓表,滑動(dòng)變阻器(阻值范圍050 ),電池組,開(kāi)關(guān),被測(cè)金屬絲,導(dǎo)線若干。實(shí)驗(yàn)步驟1.求導(dǎo)線橫截面積S,在準(zhǔn)備好的金屬絲上三個(gè)不同位置用螺旋測(cè)微器各測(cè)一次直徑,求出其平均值d,S=。24d2.將金屬絲兩端固定在接線柱上懸空拉直,用毫米刻度尺測(cè)量接入電路的金屬絲長(zhǎng)度(即有效長(zhǎng)度),反復(fù)測(cè)量三次,求出平均值l。 3.按照原理圖(如圖所示)連好用伏安法測(cè)電阻的實(shí)驗(yàn)電路。4.把滑動(dòng)變阻器調(diào)到接入電路中的電阻值最大的位置,檢查無(wú)誤后,閉合開(kāi)關(guān)S,改變滑動(dòng)變阻器滑片的位置,讀出幾組相應(yīng)的電流值和電壓值記錄在表格中,斷開(kāi)S,求出金屬絲電阻R x的平均值。5.整理儀器。 數(shù)據(jù)處理1.在求Rx的平均值時(shí)可用兩種方法。(1)第一種是用Rx=算出各次的數(shù)值,再取平均值。(2)第二種是用U-I圖線的斜率求出。UI2.計(jì)算電阻率:將記錄的數(shù)據(jù)Rx、l、d的值,代入電阻率計(jì)算公式=。誤差分析 xR Sl24d UlI1.金屬絲直徑、有效長(zhǎng)度的測(cè)量帶來(lái)誤差。2.測(cè)量電路中電流表及電壓表對(duì)電阻測(cè)量的影響,因?yàn)殡娏鞅硗饨?所以R 測(cè)R真,由R=,知測(cè)真。lS3.通電電流過(guò)大,時(shí)間過(guò)長(zhǎng),致使電阻絲發(fā)熱,電阻率隨之變化帶來(lái)誤差。 注意事項(xiàng)1.螺旋測(cè)微器的使用(1)測(cè)量前須校對(duì)零點(diǎn):先使測(cè)砧A與測(cè)微螺桿F并攏,觀察可動(dòng)刻度零刻線與固定刻度的軸向線是否重合,以及可動(dòng)刻度的邊緣與固定刻度的零刻線是否重合,不重合時(shí),用存放于螺旋測(cè)微器盒中的工具調(diào)節(jié),直到完全重合為止。(2)測(cè)量時(shí),當(dāng)測(cè)微螺桿F將要接觸被測(cè)物體時(shí),要停止使用旋鈕D,改用微調(diào)旋鈕D,以避免F和被測(cè)物體間產(chǎn)生過(guò)大的壓力。這樣,既可以保護(hù)儀器,又能保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確。當(dāng)聽(tīng)到“咔、咔”聲后,止動(dòng),即可讀數(shù)。(3)螺旋測(cè)微器應(yīng)估讀一位,即以m m作單位,應(yīng)讀到小數(shù)點(diǎn)后面第三位。 (4)為防止讀出的數(shù)據(jù)出現(xiàn)差錯(cuò)?？稍谧x數(shù)前估計(jì)出大概的數(shù)值,若發(fā)現(xiàn)最后讀數(shù)與開(kāi)始估計(jì)數(shù)值相差較大,立即檢查出錯(cuò)原因,如半毫米刻線是否露出等。 2.測(cè)定金屬的電阻率(1)為了方便,測(cè)量直徑應(yīng)在導(dǎo)線連入電路前進(jìn)行,為了準(zhǔn)確測(cè)量金屬絲的長(zhǎng)度,應(yīng)該在連入電路之后在拉直的情況下進(jìn)行。(2)本實(shí)驗(yàn)中被測(cè)金屬絲的阻值較小,故須采用電流表外接法。(3)開(kāi)關(guān)S閉合前,滑動(dòng)變阻器的阻值要調(diào)至最大。 (4)電流不宜太大(電流表用00.6 A量程),通電時(shí)間不宜太長(zhǎng),以免金屬絲溫度升高,導(dǎo)致電阻率在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中變大。(5)實(shí)驗(yàn)連線時(shí),應(yīng)先從電源的正極出發(fā),依次將電源,開(kāi)關(guān),待測(cè)金屬絲,電流表,滑動(dòng)變阻器連成干路,然后再把電壓表并聯(lián)在待測(cè)金屬絲的兩端。 1.(多選)“測(cè)定金屬的電阻率”的實(shí)驗(yàn)中,以下操作中錯(cuò)誤的是( )A.用毫米刻度尺測(cè)量金屬絲的全長(zhǎng),且測(cè)量三次,算出其平均值,然后再將金屬絲接入電路中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)采用電流表內(nèi)接法,多次測(cè)量后算出平均值D.實(shí)驗(yàn)中應(yīng)保持金屬絲的溫度不變答案 AC實(shí)驗(yàn)中應(yīng)測(cè)量出金屬絲接入電路中的有效長(zhǎng)度,而不是全長(zhǎng);金屬絲的電阻很小,與電壓表內(nèi)阻相差很大,使金屬絲與電壓表并聯(lián),電壓表分流作用很小,應(yīng)采用電流表外接法。故A、C操作錯(cuò)誤。 2.將如圖所示的螺旋測(cè)微器的讀數(shù)寫(xiě)出來(lái)。甲. m m乙. cm答案 7.480 0.758 0 解析先讀出固定刻度上的讀數(shù),再讀出可動(dòng)刻度上的讀數(shù)。甲:7 m m +48.00.01 m m =7.480 m m乙:7.5 m m +8.00.01 m m =7.580 m m =0.758 0 cm。 3.為了測(cè)定一根長(zhǎng)為20.00 cm ,直徑為0.220 m m的鎳鉻絲的電阻率(電阻率約為110-6 m ),提供下列器材:A.電動(dòng)勢(shì)為15 V的直流電源一個(gè);B.量程為0200 A,內(nèi)阻約為3.7 k的電流表一只;C.量程為020 m A,內(nèi)阻約為40 的電流表一只;D.量程為02 A,內(nèi)阻約為0.4 的電流表一只;E.量程為012 V,內(nèi)阻約為40 k的電壓表一只;F.量程為015 V,內(nèi)阻約為50 k的電壓表一只;G.阻值為050 ,額定電流為1 A的滑動(dòng)變阻器一只;H.阻值為01 k,額定電流為0.1 A的滑動(dòng)變阻器一只; I.開(kāi)關(guān)一個(gè);J.導(dǎo)線若干?，F(xiàn)采用如圖所示電路進(jìn)行測(cè)定,請(qǐng)按實(shí)驗(yàn)需要,選出適當(dāng)?shù)钠鞑?。? 。(填字母代號(hào)) 答案 ADEGIJ解析本題考查實(shí)驗(yàn)儀器的選擇方法和技巧。由于電源只有一個(gè),A必選;由R=算出鎳鉻絲的電阻約為5.26 ,先不考慮電流表、滑動(dòng)變阻器的阻值,估算出電路中最大電流Im = A2.85 A,可知電流表應(yīng)選D,只要控制電路中的電流不超過(guò)2 A就行。由于電源電動(dòng)勢(shì)才15 V,考慮到滑動(dòng)變阻器等器件的分壓,鎳鉻絲上的電壓可被控制在12 V以內(nèi),電壓表選E。因?yàn)榛瑒?dòng)變阻器G的額定電流約為1 A,最大阻值為50 ,是鎳鉻絲阻值的近10倍,所以滑動(dòng)變阻器選G。開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線必選,故I、J必選。lS 155.26 4.在“測(cè)定金屬的電阻率”的實(shí)驗(yàn)中,需要用刻度尺測(cè)出被測(cè)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,用電流表和電壓表測(cè)出金屬絲的電阻Rx。用電流表和電壓表測(cè)金屬絲的電阻時(shí),由于電壓表、電流表內(nèi)阻的影響,不論使用電流表內(nèi)接法還是電流表外接法,都會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。按如圖所示的電路進(jìn)行測(cè)量,可以消除由于電表內(nèi)阻造成的系統(tǒng)誤差。利用該電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的主要操作過(guò)程是: 第一步:先將R2的滑動(dòng)觸頭調(diào)到最左端,單刀雙擲開(kāi)關(guān)S2向1閉合,閉合開(kāi)關(guān)S1,調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R1和R2,使電壓表和電流表的示數(shù)盡量大些(不超過(guò)量程),讀出此時(shí)電壓表和電流表的示數(shù)U1、I1。第二步:保持兩滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭位置不變,將單刀雙擲開(kāi)關(guān)S 2向2閉合,讀出此時(shí)電壓表和電流表的示數(shù)U2、I2。請(qǐng)寫(xiě)出由以上記錄數(shù)據(jù)計(jì)算被測(cè)電阻的表達(dá)式Rx= 。 答案 -解析第一步對(duì)應(yīng)的等效電路如圖甲所示,則Rx+RA+R1=,11UI 22UI 11UI第二步對(duì)應(yīng)的等效電路如圖乙所示。則R A+R1=,由以上兩式求得Rx=-。22UI 11UI 22UI 典例1在“測(cè)定金屬絲電阻率”實(shí)驗(yàn)中,若粗估金屬絲的電阻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(shí)驗(yàn)中用螺旋測(cè)微器測(cè)量金屬絲直徑時(shí),可估讀到 m m ,用毫米刻度尺測(cè)量金屬絲長(zhǎng)度時(shí),可估讀到 m m。(2)下述器材中應(yīng)選用的是 。(用字母代替)A.6 V電池組B.電流表(00.6 A,內(nèi)阻0.5 )C.電流表(03 A,內(nèi)阻0.01 )D.電壓表(03 V,內(nèi)阻1 k)E.電壓表(015 V,內(nèi)阻5 k)一、器材的選取和實(shí)物圖的連接重難突破 F.滑動(dòng)變阻器(0100 ,額定電流1 A)G.滑動(dòng)變阻器(020 ,額定電流1 A)(3)在方框內(nèi)畫(huà)出電路圖。(4)在圖中,將各器材連成實(shí)驗(yàn)電路。 (2)P0.75 W,Rx3 ,所以金屬絲兩端的電壓應(yīng)小于 V=1.5 V,故電壓表應(yīng)選D;流過(guò)的電流應(yīng)小于 A=0.5 A,故電流表應(yīng)選B;滑動(dòng)變阻器從方便調(diào)節(jié)角度考慮選G;電池選A。(3)注意電流表外接,滑動(dòng)變阻器采用分壓式接法。(4)如圖所示3 0.70.753 解析 (1)螺旋測(cè)微器可估讀到0.001 m m ;毫米刻度尺可估讀到分度值的下一位,即0.1 m m。 答案 (1)0.001 0.1 (2)ABDG (3)如圖所示 (4)見(jiàn)解析圖 二、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理典例2某實(shí)驗(yàn)小組利用實(shí)驗(yàn)室提供的器材探究一種金屬絲的電阻率。所用的器材包括:輸出電壓為 3 V的直流穩(wěn)壓電源、電流表、待測(cè)金屬絲、螺旋測(cè)微器(千分尺)、米尺、電阻箱、開(kāi)關(guān)和導(dǎo)線等。(1)他們截取了一段金屬絲,拉直后固定在絕緣的米尺上,并在金屬絲上夾上一個(gè)小金屬夾,金屬夾可在金屬絲上移動(dòng)。請(qǐng)根據(jù)現(xiàn)有器材,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路,并連接電路實(shí)物圖(如圖甲)。 斷開(kāi)開(kāi)關(guān), ,合上開(kāi)關(guān),重復(fù)的操作。(3)該小組測(cè)得電流與金屬絲接入長(zhǎng)度關(guān)系的數(shù)據(jù),并據(jù)此繪出了圖乙的關(guān)系圖線,其斜率為 A-1m -1(保留三位有效數(shù)字);圖線縱軸截距與電源電動(dòng)勢(shì)的乘積代表了 的電阻之和。(4)他們使用螺旋測(cè)微器測(cè)量金屬絲的直徑,示數(shù)如圖丙所示。金屬絲的直徑是 ,圖乙中圖線的斜率、電源電動(dòng)勢(shì)和金屬絲橫截面積的乘積代表的物理量是 ,其數(shù)值和單位為 (保留三位有效數(shù)字)。(2)實(shí)驗(yàn)的主要步驟如下:正確連接電路,設(shè)定電阻箱的阻值,開(kāi)啟電源,合上開(kāi)關(guān);讀出電流表的示數(shù),記錄金屬夾的位置; 丙 解析 (2)實(shí)驗(yàn)需要進(jìn)行多次測(cè)量取平均值,因此,需要改變金屬絲上金屬夾的位置。(3)根據(jù)E=I(R0+RA)+IR,其中R0為電阻箱的電阻值,R為電阻絲接入電路的阻值。由公式變形得:=+。所以圖線縱軸截距為,則縱軸截1I 0 AR RE RE 0 AR RE距與電動(dòng)勢(shì)的乘積代表了電阻箱和電流表的內(nèi)阻之和。(4)根據(jù)螺旋測(cè)微器的讀數(shù)規(guī)律可得讀數(shù)為20.00.01 m m =0.200 m m。因?yàn)镽=,所以=+L,斜率與SE的乘積表示電阻率。=kSE= m =9.8910-7 m。 答案 (1)如圖LS 1I 0 AR RE SE24kEd 3 23.14 10.5 3 (0.200 10 )4 (2)改變金屬絲上金屬夾的位置(3)10.510.6金屬絲接入長(zhǎng)度為零時(shí)全電路(或電阻箱和電流表)(4)0.1980.202 m m金屬絲的電阻率 9.6910 -71.0210-6 m