高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十章 恒定電流 第3講 實(shí)驗(yàn) 測(cè)定金屬的電阻率 實(shí)驗(yàn) 描繪小燈泡的伏安特性曲線課件

第3講實(shí)驗(yàn)：測(cè)定金屬的電阻率實(shí)驗(yàn)：描繪小燈泡的伏安特性曲線知識(shí)梳理知識(shí)梳理一、測(cè)定金屬的電阻率一、測(cè)定金屬的電阻率實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)方法伏安法實(shí)驗(yàn)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(jì)算電阻率 將記錄的數(shù)據(jù) 、 、 、 的值代入電阻率計(jì)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(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)步驟數(shù)據(jù)處理,UIIU測(cè)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(guān)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(guān),通過(guò)移動(dòng)變阻器的滑片,使小燈泡中的電流由零開始逐漸增大,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(yīng)是圖乙中的() 甲 乙答案答案 C小燈泡中的電流逐漸增大時(shí)其溫度升高,導(dǎo)致電阻R增大。只有C選項(xiàng)對(duì)。C2.在“測(cè)定金屬絲電阻率”實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)中用螺旋測(cè)微器測(cè)量導(dǎo)線直徑時(shí),可估讀到0.001mm,用毫米刻度尺測(cè)量導(dǎo)線長(zhǎng)度時(shí),可估讀到0.1mm。(2)下述器材中應(yīng)選用的是ABDG 。(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)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)在框內(nèi)畫出電路圖。(4)在下圖中,將各器材連成實(shí)驗(yàn)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(cè)微器讀數(shù)時(shí)可估讀到0.001 mm;毫米刻度尺讀數(shù)時(shí)估讀到分度值的下一位,即 0.1 mm。(2)PRx測(cè)量值大于真實(shí)值R測(cè)=Rx測(cè)量值小于真實(shí)值適用條件RARx(大電阻用內(nèi)接法測(cè)量,測(cè)量值偏大)RVRx(小電阻用外接法測(cè)量,測(cè)量值偏小)UI測(cè)測(cè)UI測(cè)測(cè)xxR RRRVV2.伏安法測(cè)電阻的電路選擇伏安法測(cè)電阻的電路選擇(1)阻值比較法:先將待測(cè)電阻的估計(jì)值與電壓表、電流表的內(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。(2)臨界值計(jì)算法:Rx 時(shí),用電流表內(nèi)接法。VAR RVAR R(3)實(shí)驗(yàn)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(nèi)接法。3.滑動(dòng)變阻器的兩種接法滑動(dòng)變阻器的兩種接法 限流式接法分壓式接法電路圖特點(diǎn)用電器和滑動(dòng)變阻器的一部分串聯(lián),另一部分不起作用調(diào)節(jié)電壓的范圍不能從零開始變化用電器和滑動(dòng)變阻器的一部分并聯(lián)后和另一部分串聯(lián)電壓可以從零調(diào)節(jié)到最大值適用條件滑動(dòng)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(dòng)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(duì)于電壓表和電流表的讀數(shù)問(wèn)題,首先要弄清電表量程,即指針指到最大刻度時(shí)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(shí)際位置進(jìn)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(shí)際位置,讀到小數(shù)點(diǎn)后面兩位。(2)對(duì)于015 V量程的電壓表,精確度是0.5 V,在讀數(shù)時(shí)只要求讀到小數(shù)點(diǎn)后面一位,即讀到0.1 V。(3)對(duì)于00.6 A量程的電流表,精確度是0.02 A,在讀數(shù)時(shí)只要求讀到小數(shù)點(diǎn)后面兩位,這時(shí)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(yáng)二模,21(2)在“測(cè)定金屬的電阻率”的實(shí)驗(yàn)中,小強(qiáng)同學(xué)先用多用電表粗測(cè)了一段粗細(xì)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(zhǔn)備進(jìn)一步精確測(cè)量其電阻?，F(xiàn)有電源(電動(dòng)勢(shì)E為3.0 V,內(nèi)阻不計(jì))、開關(guān)和導(dǎo)線若干,以及下列器材: A.電流表(量程03 A,內(nèi)阻約0.025 )B.電流表(量程00.6 A,內(nèi)阻約0.125 )C.電壓表(量程03 V,內(nèi)阻約3 k)D.滑動(dòng)變阻器(020 ,額定電流2 A)E.滑動(dòng)變阻器(0100 ,額定電流1 A)為減小誤差,且便于操作,在實(shí)驗(yàn)中電流表應(yīng)選B,滑動(dòng)變阻器應(yīng)選D (選填器材前的字母)。如圖甲所示,是測(cè)量該電阻絲電阻的實(shí)驗(yàn)器材的實(shí)物圖,圖中已連接了部分導(dǎo)線,還有兩根導(dǎo)線沒有連接,請(qǐng)補(bǔ)充完整。甲在開關(guān)閉合前,滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)當(dāng)調(diào)到最左左(選填“左”或“右”)端;閉合開關(guān)后,實(shí)驗(yàn)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(jì)實(shí)驗(yàn)中的偶然誤差,則下列說(shuō)法正確的是BC。A.測(cè)量值偏大,產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的主要原因是電流表分壓B.測(cè)量值偏小,產(chǎn)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(nèi)阻,可計(jì)算出待測(cè)電阻的真實(shí)值D.若已知電流表的內(nèi)阻,可計(jì)算出待測(cè)電阻的真實(shí)值小鵬同學(xué)仍用上述電源,也設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn),電路如圖乙所示,R為保護(hù)電阻,已測(cè)出電阻絲的橫截面積為S,用一個(gè)帶有接線柱的小金屬夾沿電阻絲滑動(dòng),可改變接入電路中電阻絲的長(zhǎng)度L,實(shí)驗(yàn)中記錄了幾組不同長(zhǎng)度L對(duì)應(yīng)的電流I。他準(zhǔn)備利用圖像法處理數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算該電阻絲的電阻率。 乙請(qǐng)分析說(shuō)明小鵬同學(xué)應(yīng)該作出怎樣的線性函數(shù)圖像,并定性畫出該圖像;請(qǐng)指出在本實(shí)驗(yàn)中電流表的內(nèi)阻對(duì)該電阻絲電阻率的測(cè)量結(jié)果有無(wú)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(guò)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(yīng)選B;為方便調(diào)節(jié),滑動(dòng)變阻器應(yīng)選D。本題中電壓表內(nèi)阻遠(yuǎn)大于待測(cè)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(zhǔn)確測(cè)量電阻絲的阻值。為保證實(shí)驗(yàn)電路安全,開關(guān)閉合前應(yīng)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(shí),因電壓表的分流作用將使電流表示數(shù)大于通過(guò)電阻絲的電流,故測(cè)量的電阻值將偏小,B項(xiàng)正確;若已知電壓表內(nèi)阻,則可準(zhǔn)確計(jì)算出通過(guò)電阻絲的電流,進(jìn)而計(jì)算出待測(cè)電阻的真實(shí)值,故C項(xiàng)正確。xER35設(shè)電阻絲連入電路部分的電阻為Rx,電流表的內(nèi)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(jìn)一步整理可得:=L+顯然,隨L線性變化,可見應(yīng)該畫-L圖像。圖像如圖所示。LSEILS1IESARRE1I1I該圖像的斜率為k=,所以電阻率=ESk由表達(dá)式可知,電流表的內(nèi)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(nèi)阻對(duì)該電阻絲電阻率的測(cè)量結(jié)果沒有影響。ES2-2 (2012北京理綜,21,18分)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)微器測(cè)量金屬絲的直徑,其中某一次測(cè)量結(jié)果如圖1所示,其讀數(shù)應(yīng)為（0.3950.399）mm(該值接近多次測(cè)量的平均值)。 圖1(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)3V,內(nèi)阻約1 )、電流表(內(nèi)阻約0.1 )、電壓表(內(nèi)阻約3 k)、滑動(dòng)變阻器R(020 ,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)1234567U/V0.100.300.701.001.501.702.30I/A0.0200.0600.1600.2200.3400.4600.520由以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知,他們測(cè)量Rx是采用圖2中的甲甲圖(選填“甲”或“乙”)。 圖2(3)圖3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3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。 圖3(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4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D4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=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(xiàng)前的符號(hào))。A.110-2 mB.110-3 mC.110-6 mD.110-8 m(6)任何實(shí)驗(yàn)測(cè)量都存在誤差。本實(shí)驗(yàn)所用測(cè)量?jī)x器均已校準(zhǔn),下列關(guān)于誤差的說(shuō)法中正確的選項(xiàng)是CD(有多個(gè)正確選項(xiàng))。A.用螺旋測(cè)微器測(cè)量金屬絲直徑時(shí),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(nèi)阻引起的誤差屬于偶然誤差C.若將電流表和電壓表的內(nèi)阻計(jì)算在內(nèi),可以消除由測(cè)量?jī)x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(cè)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(dāng)U=0.10 V,I=0.020 A時(shí),滑動(dòng)變阻器須串入的電阻約為144 ,大于滑動(dòng)變阻器的最大阻值20 ,所以實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器R應(yīng)采用分壓式連接,故他們采用甲圖電路。(3)實(shí)物連接圖見答案,連線時(shí)要注意:電壓表的正、負(fù)接線柱不要接反?；瑒?dòng)變阻器中滑片P的位置應(yīng)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(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方法不完善、測(cè)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(nèi)阻引起的誤差是系統(tǒng)誤差,A、B選項(xiàng)錯(cuò)誤;把電表內(nèi)阻計(jì)算在內(nèi),完善了實(shí)驗(yàn)方案,可消除這一因素引起的系統(tǒng)誤差,C選項(xiàng)正確;圖像法與多次測(cè)量求平均值的方法,可減小偶然誤差,D選項(xiàng)正確?？键c(diǎn)三描繪伏安特性曲線應(yīng)注意的事項(xiàng)考點(diǎn)三描繪伏安特性曲線應(yīng)注意的事項(xiàng)1.電流表外接法電流表外接法:本實(shí)驗(yàn)中被測(cè)小燈泡燈絲的電阻值較小,因此測(cè)量電路必須采用電流表外接法。2.滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓式連接滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓式連接本實(shí)驗(yàn)要作出I-U圖線,要求測(cè)出一組包括零在內(nèi)的電流、電壓值,故控制電路必須采用分壓式接法。3.保護(hù)元件安全保護(hù)元件安全:為保護(hù)元件不被燒毀,開關(guān)閉合前變阻器滑片應(yīng)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(xué)習(xí)小組的同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)了描繪小燈泡的伏安特性曲線的實(shí)驗(yàn),待測(cè)小燈泡的額定電壓為3.8 V。要求測(cè)量結(jié)果盡量精確,并繪制出小燈泡兩端電壓在03.8 V范圍內(nèi)完整的伏安特性曲線。(1)若實(shí)驗(yàn)室的電壓表、電流表和滑動(dòng)變阻器都滿足實(shí)驗(yàn)要求,則在如圖1所示的兩種實(shí)驗(yàn)方案中,應(yīng)選擇甲甲(選填“甲”或“乙”)圖所示電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 圖1(2)若實(shí)驗(yàn)中只提供了量程為3 V,內(nèi)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(yīng)將電壓表V1串聯(lián)串聯(lián)(選填“串聯(lián)”或“并聯(lián)”)一個(gè)阻值為1000的定值電阻,才能實(shí)現(xiàn)改裝的要求。(3)小組的同學(xué)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(gè)特性曲線,同學(xué)們對(duì)小燈泡的實(shí)際功率與其兩端的電壓的關(guān)系,或與通過(guò)其電流的關(guān)系,猜想出了如圖3所示的關(guān)系圖像,其中可能正確的是AB 。(選填選項(xiàng)下面的字母序號(hào)) 圖2 圖3(4)某同學(xué)將該小燈泡接在一個(gè)電動(dòng)勢(shì)為3.0 V、內(nèi)阻為5.0 的電源上,組成一個(gè)閉合電路,則此時(shí)該小燈泡實(shí)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)要求從0開始,且選取的點(diǎn)盡可能多些,故應(yīng)選用滑動(dòng)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(gè)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(yīng)將電壓表V1串聯(lián)一個(gè)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(diǎn)為小燈泡在此電源下工作的實(shí)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(yáng)一模,21(2)某同學(xué)想要描繪標(biāo)有“3.8 V,0.3 A”字樣的小燈泡L的伏安特性曲線,要求測(cè)量數(shù)據(jù)、繪制曲線盡量準(zhǔn)確。可供選擇的器材除小燈泡、開關(guān)、導(dǎo)線外,還有:電壓表V,量程05 V,內(nèi)阻約5 k電流表A1,量程0500 mA,內(nèi)阻約0.5 電流表A2,量程0100 mA,內(nèi)阻約4 滑動(dòng)變阻器R1,最大阻值10 ,額定電流2.0 A滑動(dòng)變阻器R2,最大阻值100 ,額定電流1.0 A直流電源E,電動(dòng)勢(shì)約6 V,內(nèi)阻可忽略不計(jì)上述器材中,電流表應(yīng)選A1,滑動(dòng)變阻器應(yīng)選R1(填寫所選器材后的字母)。請(qǐng)將圖甲所示的實(shí)驗(yàn)電路圖補(bǔ)畫完整。該同學(xué)通過(guò)實(shí)驗(yàn)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(dāng)小燈泡的電壓為3.00 V時(shí),小燈泡的電阻是11(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。甲乙該同學(xué)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(dòng)勢(shì)為4 V、內(nèi)阻為8 的電源上組成閉合回路。請(qǐng)你利用圖像計(jì)算此時(shí)一只小燈泡的功率約為0.18W(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。該同學(xué)看到實(shí)驗(yàn)室還有一個(gè)最大阻值為17 k的滑動(dòng)變阻器R3,想進(jìn)一步探究若用R3來(lái)替換本實(shí)驗(yàn)中的滑動(dòng)變阻器結(jié)果會(huì)怎樣,請(qǐng)你分析論證該同學(xué)能否比較方便地獲取多組數(shù)據(jù),進(jìn)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(yīng)選A1,由于實(shí)驗(yàn)需要描繪小燈泡L的伏安特性曲線,故電路中滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓式接法,故選總電阻較小的,即R1。實(shí)驗(yàn)電路采用電流表外接法,滑動(dòng)變阻器采用分壓式接法。I-U圖像中,曲線上的點(diǎn)與原點(diǎn)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(duì)應(yīng)的點(diǎn)的縱坐標(biāo),利用R=,即可算得此時(shí)的電阻大小。當(dāng)電源與兩只并聯(lián)的燈泡連接時(shí),設(shè)通過(guò)每只燈泡的電流為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(diǎn)坐標(biāo)表示兩燈泡并聯(lián)在該電源1RUI兩端時(shí)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(shí)驗(yàn)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(dòng)變阻器需要采用分壓接法;如選取滑動(dòng)變阻器R3,滑動(dòng)變阻器左部分與燈泡并聯(lián),再與滑動(dòng)變阻器右部分串聯(lián)。移動(dòng)滑片時(shí),在滑動(dòng)變阻器左部分阻值較小時(shí),小燈泡兩端的電壓變化非常不明顯,而當(dāng)滑動(dòng)變阻器左部分阻值非常大時(shí),右部分阻值與燈泡差不多,此時(shí)燈泡兩端電壓變化非?？?無(wú)法準(zhǔn)確調(diào)節(jié)。故采用R3無(wú)法得到比較理想的伏安特性曲線。