2019版高考物理总复习实验创新增分专题八测定金属丝的电阻率学案20180517369.doc
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1、实验八测定金属丝的电阻率一、实验目的1掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法。2掌握螺旋测微器和游标卡尺的使用和读数方法。3会用伏安法测电阻,进一步测定金属的电阻率。二、实验原理1把金属丝接入电路中,用伏安法测金属丝的电阻,Rx,因为金属丝的电阻为小电阻,所以采用电流表外接法。实验电路图如图所示。2用毫米刻度尺测金属丝接入电路部分的长度l,用螺旋测微器测得金属丝的直径d,算出横截面积S。3根据电阻定律R,得金属丝电阻率。三、实验器材被测金属丝,直流电源(4 V),电流表(00.6 A),电压表(03 V),滑动变阻器(50 ),开关,导线若干,螺旋测微器,毫米刻度尺。四、实验步骤1用螺旋测微
2、器在被测金属丝上的三个不同位置各测一次直径,求出其平均值d,计算出横截面积S。2将金属丝两端固定在接线柱上悬空挂直,用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属丝的有效长度,反复测量3次,求出其平均值l。3按实验电路图连接好用伏安法测电阻的实验电路,把滑动变阻器的滑片调节到使接入电路中的电阻值最大的位置。4电路经检查确认无误后,闭合开关S,改变滑动变阻器滑片的位置,读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值,断开开关S,求出导线电阻R的平均值。测量时通过金属丝的电流应控制在1.00 A以下,本实验中电流表量程为00.6 A,每次通电时间应尽量短(以能读取电表数据为准),读数完毕立即断开开关S,防止温
3、度升高使金属丝长度和电阻率发生明显变化。计算时,务必算出每次的电阻值再求平均值,不能先分别求电压U和电流I的平均值,再由欧姆定律得平均值,否则会带来较大计算误差。完成表格。5拆除实验线路,整理好实验器材五、数据处理1求Rx(1)计算法:用Rx分别算出各次的数值,再取平均值。(2)图象法:画出UI图象,UI图象的斜率等于Rx。2计算电阻率:将记录的数据U、I、l、d的值代入电阻率计算式Rx。六、误差分析1系统误差(1)采用伏安法测量金属丝的电阻时,由于采用的是电流表外接法,测量值小于真实值,使电阻率的测量值偏小。(2)由于金属丝通电后发热升温,会使金属丝的电阻率变大,造成测量误差。2偶然误差(1
4、)金属丝的横截面积是利用直径计算而得到的,直径的测量是产生误差的主要来源之一。(2)金属丝的长度测量、电流表和电压表的读数等均会带来偶然误差。七、注意事项1本实验中被测金属丝的电阻值较小,因此实验电路一般采用电流表外接法。2实验连线时,应先从电源的正极出发,依次将电源、开关、电流表、待测金属丝、滑动变阻器连成主干线路(闭合电路),然后再把电压表并联在待测金属丝的两端。3测量被测金属丝的有效长度,是指测量待测金属丝接入电路的两个端点之间的长度,亦即电压表两端点间的待测导线长度,测量时应将导线拉直,反复测量三次,求其平均值。4测金属丝直径一定要选三个不同部位进行测量,求其平均值。5闭合开关S之前,
5、一定要使滑动变阻器的滑片处在电阻值最大的位置。6求R的平均值时若采用图象法,在描点时,要尽量使各点间的距离拉大一些,连线时要尽可能地让各点均匀分布在直线的两侧,个别明显偏离较远的点可以不予考虑。考点1基础实验例1(2017常州模考)某同学要测量一根均匀电阻丝的电阻率。他在电阻丝两端分别接了接线柱a、b,并将电阻丝固定在米尺上,米尺的中间设置了一个可沿电阻丝滑动的触头c,c的上端为接线柱,a、c间的长度可在米尺上直接读出,如图1所示。可供选择的器材有:A待测电阻丝(长约80 cm,阻值小于5 );B电压表03 V,内阻约3 k;C电流表00.6 A,内阻约0.5 ;D电池组:电动势3 V,内阻很
6、小;E滑动变阻器R,总阻值10 ;F开关,导线若干;G螺旋测微器。(1)该同学用螺旋测微器测量电阻丝的直径,其刻度如图2所示,读数为_mm。(2)该同学认为,应尽量避免由于电流热效应导致的电阻率变化,为此,应使a、b间电压保持不变,只改变触头c的位置,测量a、c间的电压U,寻找U和a、c间电阻丝长度L的关系,即可实现测量电阻率的目的。根据上述分析,完成下列问题:实验中采用的思想方法是_。(将选项前的字母填在横线上)A等效替代法 B建立理想模型法C控制变量法 D实验推理法滑动变阻器所起的作用主要是_。(将选项前的字母填在横线上)A调节电压表和电流表的示数,实现多次测量B使电阻丝a、b间保持适当电
7、压,充当保护电阻的作用根据以上分析,将图3连成实验电路。(3)该同学通过改变触头c的位置,分别测出了五组长度L与对应的电压U的数据(电流表示数保持在0.50 A不变),并已描在坐标纸上,如图4所示。请根据图4上的数据点描绘出图线,算出图线的斜率k_V/m。(结果保留两位有效数字)(4)根据上面提供的有关数据计算该电阻丝的电阻率_ m。(结果保留两位有效数字)解析(1)螺旋测微器读数为(1.547.70.01) mm1.977 mm。(2)保持a、b间电压不变,即保持电阻丝中电流不变,a、c间的电压U与电阻丝长度L成正比,体现了控制变量法,C正确。滑动变阻器使电阻丝a、b间保持适当电压,充当保护
8、电阻的作用,B正确。电阻丝总阻值远小于电压表内阻,应采用电流表外接法。(3)图线如图乙所示。由图乙图线可知,斜率k1.9 V/m。(4)a、c间电压UIRI,电阻丝的截面积Sd2,可得电阻率k,代入k、d、I的数值,得1.2105 m。答案(1)1.977(1.9761.978均正确)(2)CB见解析图甲(3)见解析图乙1.9(4)1.2105(1)熟练掌握游标卡尺和螺旋测微器的读数。(2)滑动变阻器有两种接法,一般Rx比滑动变阻器最大阻值小,又没有要求测量电压从零开始,选择限流式接法,例1中Rx小于5 ,滑动变阻器最大阻值10 ,采用限流式接法。如果Rx大于滑动变阻器的最大阻值,一般采用分压
9、式接法。(3)对于给定电压表、电流表内阻的情况下,一般Rx;采用内接法;Rx”“”或“”)。(2)另一同学找来一恒压电源,按图3的电路先后将接线端P分别接a处和b处,测得相关数据如表2所示,该同学利用该数据可算出Rx的真实值为_。答案(1)1.704电压表内阻远大于金属丝电阻,电压表分流几乎为零12(2)13解析(1)由图示螺旋测微器可知,螺旋测微器示数为1.5 mm20.40.01 mm1.704 mm。由表中实验数据可知,电压表接a、b两点时,电流表示数不变,电压表示数变化较大,说明电压表内阻很大,电压表分流很小,几乎为零,电流表分压较大,电流表应采用外接法,电压表应接a点,金属丝电阻Rx
10、测 12 ;电流表采用外接法,由于电压表分流作用,电流的测量值大于真实值,由欧姆定律可知,金属丝电阻测量值小于真实值。(2)由表中实验数据知,RA,则RxRA13 。3(2017河南郑州质检)要测定一卷阻值约为20 的金属漆包线的长度(两端绝缘层已去除),实验室提供有下列器材:A电流表A:量程00.6 A,内阻约为1 ;量程03 A,内阻约为0.2 B电压表V:量程03 V,内阻约为2 k;量程015 V,内阻约为10 kC学生电源E:电动势约为30 V,内阻r可以忽略D滑动变阻器R1:阻值范围010 ,标定电流4 AE滑动变阻器R2:阻值范围0500 ,标定电流0.5 AF开关S及导线若干(
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