第7章 第4节（课时2）测定金属的电阻率（同时练习使用螺旋测微器）实验探究：金属丝的电阻率-2018年物理高三一轮总复习课件（鲁教版） .ppt

实验探究： 测定金属丝的电阻率,1.基础知识,2.典例剖析,3.创新实验,4.跟踪训练,第七章 恒定电流,5.真题演练,一、基础知识,1.基础知识,【实验目的】,1.掌握螺旋测微器及游标卡尺的原理及计数方法 2.掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法及电流表和电压表的读数方法 3.会用伏安法测电阻，并能测定金属的电阻率,【实验原理】,【实验器材】,被测金属导线,直流电源（4V）,电流表（0-0.6A),电压表(0-3V),滑动变阻器(50 ),开关,导线若干,螺旋测微器,米尺,【实验方法】,伏安法,【实验步骤】,【数据处理】,【注意事项】,(1)先测直径，再连电路:为了方便，测量直径时应在金属丝连入电路之前测量； (2)电流表外接法:本实验中被测金属丝的阻值较小，故采用电流表外接法； (3)变阻器调节:开关S闭合前，滑动变阻器的阻值要调至最大. (4)电流控制:电流不宜过大，通电时间不宜过长，以免金属丝温度过高，导致电阻率在实验过程中变大 (5)实物连线: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、 滑动变阻器连成干路，然后再把电压表并联在待测金属丝的两端,【误差分析】,1. 测量误差：测量金属丝的直径、长度以及电流、 电压时出现读数误差 2. 测量电路中电流表及电压表对电阻测量的影响，因为电流表外接，所以R测R真，由Rl/S，知测真 3. 通电电流过大，时间过长，致使电阻丝发热，电阻率随之变化带来误差,二、典例剖析,2. 典例剖析,【例2】(2014·山东卷，22)实验室购买了一捆标称长度为100 m的铜导线,某同学想通过实验测定其实际长度.该同学首先测得导线横截面积为1.0 mm2,查得铜的电阻率为1.7×108 ·m,再利用图甲所示电路测出铜导线的电阻Rx,从而确定导线的实际长度.,可供使用的器材有： 电流表：量程0.6 A，内阻约0.2 ； 电压表：量程3 V，内阻约9 k； 滑动变阻器R1：最大阻值5 ； 滑动变阻器R2：最大阻值20 ； 定值电阻：R03 ； 电源：电动势6 V，内阻可不计； 开关、导线若干。 回答下列问题：,（1）实验中滑动变阻器应选 （填“R1”或“R2”），闭合开关S前应将滑片移至 端（填“a”或“b”）。,R2,a,电阻率的测量及实物连线,（2）在下面的实物图中，已正确连接了部分导线，请根据上页图甲电路完成剩余部分的连接。,（3）调节滑动变阻器，当电流表的读数为0.50 A时，电压表示数如图乙所示，读数为 V。,（4）导线实际长度为_ m（保留2位有效数字）。,2.30,94,转解析,解析 （1）由（3）中电流表的读数为0.50 A时，电压表的读数为2.30 V可知，Rx和R0的总阻值约为4.60欧姆，若选用滑动变阻器R1，电源电压为6伏特，电流表的量程只有0.6 A，会把电流表烧坏，故滑动变阻器应该选R2。闭合开关前应将滑片移至a端保证连入电阻最大。 （2）见答案图。 （3）由于电压表量程03 V，分度值为0.1 V，故读数为2.30 V。,转原题,答案 （1）R2 a （2）图见解析 （3）2.30（2.29、2.31均正确） （4）94（93、95均正确）,【备选】 (2013·北京卷,21)某同学通过实验测定一个阻值约为5 的电阻Rx的阻值. (1)现有电源(4 V，内阻可不计)、滑动变阻器(050 ，额定电流2 A)、开关和导线若干，以及下列电表： A电流表(03 A，内阻约0.025 ) B电流表(00.6 A，内阻约0.125 ) C电压表(03 V，内阻约3 k) D电压表(015 V，内阻约15 k) 为减小测量误差，在实验中，电流表应选用_，电压表应选用_(选填器材前的字母)；实验电路应采用图13中的_(选填“甲”或“乙”),B,C,甲,解析显隐,(2)图右是测量Rx的实验器材实物图，图中已连接了部分导线请根据在(1)问中所选的电路图，补充完成图中实物间的连线,(1)注意连图时,连线的两个端点应分别连接在两个接线柱上,连线间不能交叉. (2)结合前小题结论，应连接成外接限流式接法在连线前断开开关，且把滑片P置于变阻器左端，使Rx两端的电压最小. (3)先连主回路，电流表与Rx串联连接. (4)再将电压表跨接在Rx的两端.,审题析疑,(3)接通开关，改变滑动变阻器滑片P的位置，并记录对应的电流表示数I、电压表示数U.某次电表示数如图所示，可得该电阻的测量值Rx U/ I _(保留两位有效数字),5.2,示数为0.50A,示数为2.6V,解析显隐,(4)若在(1)问中选用甲电路,产生误差的主要原因是_；若在(1)问中选用乙电路，产生误差的主要原因是_(选填选项前的字母) A电流表测量值小于流经Rx的电流值 B电流表测量值大于流经Rx的电流值 C电压表测量值小于Rx两端的电压值 D电压表测量值大于Rx两端的电压值,B,D,电压表的分流作用引起误差.,电流表的分压作用引起误差.,解析显隐,(5)在不损坏电表的前提下，将滑动变阻器滑片P从一端滑向另一端，随滑片P移动距离x的增加，被测电阻Rx两端的电压U也随之增加，下列反映U-x关系的示意图中正确的是_,A,解析显隐,(1)优先考虑安全因素： 各电表的实际读数不能超过其量程，电阻类元件中的实际电流(或电压)不能超过其允许的最大电流(或电压) (2)考虑读数误差因素： 一般要求各电表的实际读数不小于其量程的,以减小读数误差. (3)仪器选择的一般步骤： 首先选择唯一性的器材； 粗画电路图(暂不接电流表和电压表)； 估算回路中电流和电压的最大值，在电表的指针有较大幅度的偏转但不超过其量程的情况下，结合已知器材的规格，确定实验电路和实验器材,对限流式电路： 一般是从电源的正极开始，把电源、开关、滑动变阻器以及测量电路顺次连接起来即可。 对分压式电路： 应先将电源、开关和滑动变阻器的全部电阻用导线连接起来，然后在滑动变阻器上金属杆两端的接线柱中任选一个，依据电路中电流的流向将测量电路部分连接起来即可。,【变式训练2】要测量一段阻值大约为5 的均匀金属丝的电阻率，除刻度尺、螺旋测微器、电源E(电动势为3 V、内阻约为0.5 )、最大阻值为20 的滑动变阻器R、开关一只、导线若干外，还有电流表和电压表各两只供选择：A1(量程1 A、内阻约为1 )、A2(量程0.6 A、内阻约为2 )、V1(量程3.0 V、内阻约为1 000 )、 V2(量程15 V、内阻约为3 000 )。,(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径,如图所示,则金属丝的直径为_mm。 (2)为了使测量有尽可能高的精度，电流表应选_，电压表应选_。 (3)实验电路已经画出了一部分,如图示,但尚未完整，请将该电路完整地连接好(Rx表示待测电阻)。 (4)若用刻度尺测得金属丝的长度为L，用螺旋测微器测得金属丝的直径为d，电流表的读数为I，电压表的读数为U，则该金属丝的电阻率表达式为_。,0.850,A2,V1,转 解析,转原题,三、创新实验,3.创新实验,电阻测量的五种方法,电路图,外接法：,内接法：,特点：大内小外(内接法测量值偏大,测大电阻时应用内接法测量),伏安法测电阻是电学实验的基础，是高考考查的热点，也是难点。它渗透在电学实验的各个环节中，如测未知电阻、测电阻率、测各种电表内阻等。本质上都是伏安法测电阻在不同情景下的具体应用。主要涉及电压表、电流表的选择以及实物连线等。,【例3】 某同学测量阻值约25 k的电阻Rx，现备有下列器材： A.电流表(量程100 A，内阻约2 k)； B.电流表(量程500 A，内阻约300 k)； C.电压表(量程15 V，内阻约100 k)； D.电压表(量程50 V，内阻约500 k)； E.直流电源(20 V，允许最大电流1 A)； F.滑动变阻器(最大阻值1 k,额定功率1 W)； G开关和导线若干。 (1)电流表应选_，电压表应选_。(填器材代号) (2)该同学正确选择仪器后连接了如图所示电路,为保证实验顺利进行,并使测量误差尽量减小,实验前请你检查该电路,指出电路在接线上存在的问题： _； _。,B,C,电流表应采用内接法,转 解析,滑动变阻器应采用分压式接法,转原题,电阻测量的五种方法,电路图如图所示,【例4】 (2015·新课标全国卷，23)电压表满偏时通过该表的电流是半偏时通过该表电流的两倍。某同学利用这一事实测量电压表的内阻(半偏法)，实验室提供的器材如下： 待测电压表V (量程3 V,内阻约为3 000 ),电阻箱R0(最大阻值为99 999.9 ),滑动变阻器R1(最大阻值100 ，额定电流2 A)，电源E(电动势6 V，内阻不计)，开关2个，导线若干。,(1)虚线框内为该同学设计的测量电压表内阻 的电路图的一部分,将电路图补充完整。 (2)根据设计的电路,写出实验步骤： _。 (3)将这种方法测出的电压表内阻记为RV,与电压表内阻的真实值RV相比,RV_RV(填“”、“”或“”),主要理由是: _。,断开S2,调节电阻箱R0使电压表成半偏状态,电压表所在支路总电阻增大,分得的电压也增大,故R0两端的电压大于电压表的半偏电压,RVRV,移动滑动变阻器滑片,以保证通电后电压表所在支路分压最小；闭合开关S1、S2,调节R1,使电压表指针满偏 ；保持滑动变阻器滑片位置不变,断开S2,调节电阻箱R0使电压表的指针半偏,读取电阻箱的电阻值,此即为测得的电压表内阻。,转 解析,转原题,电阻测量的五种方法,已知内阻的电压表可做电流表使用，在缺少合适的电流表的情况下，常用电压表代替电流表使用，这是设计电路中的高频考点。,【例5】 用以下器材可测量电阻Rx的阻值。 待测电阻Rx，阻值约为600 ； 电源E,电动势约为6.0 V,内阻可忽略不计； 电压表V1,量程为0500 mV,内阻r11 000 ； 电压表V2,量程为06 V,内阻r2约为10 k； 电流表A,量程为00.6 V,内阻r3约为1 ； 定值电阻R0,R060 ； 滑动变阻器R,最大阻值为150 ； 单刀单掷开关S一个,导线若干。 (1)测量中要求两只电表的读数都不小于其量程的1/3,并能测量多组数据,请在虚线框中画出测量电阻Rx的实验电路图。 (2)若选择测量数据中的一组来计算Rx,则由已知量和测量物理量计算Rx 的表达式为Rx_,式中各符号的意义是: :_。 (所有物理量用题中代数符号表示),U1为电压表V1的读数，U2为电压表V2的读数，r1为电压表V1的内阻，R0为定值电阻,转 解析,转原题,电阻测量的五种方法,已知内阻的电流表可做电压表使用，在缺少合适的电压表的情况下，常用电流表代替电压表使用，这是电学设计电路的高频考点。,【例6】 用伏安法测定一个待测电阻Rx的阻值(阻值约为200 )，实验室提供如下器材： 电池组E：电动势3 V，内阻不计； 电流表A1：量程015 mA,内阻约为100 ； 电流表A2：量程0300 A,内阻约为1 000 ； 滑动变阻器R1：阻值范围020 ,额定电流2 A； 电阻箱R2，阻值范围09 999 ，额定电流1 A； 开关S、导线若干。 要求实验中尽可能准确地测量Rx的阻值，请回答下列问题： (1)为了测量待测电阻两端的电压，可以将电流表_(填写器材代号)与电阻箱串联，并将电阻箱阻值调到_，这样可以改装成一个量程为3.0 V的电压表。,A2,9 000,没有提供电压表，而提供了两只电流表，怎么测量待测电阻的电压值呢？,(2)在图中画完整测量Rx阻值的电路图，并在图中标明器材代号。 (3)调节滑动变阻器R1，两表的示数如图16所示，可读出电流表A1的示数是_mA，电流表A2的示数是_A，测得待测电阻Rx的阻值是_。本次测量存在一定的系统误差，考虑这个原因测量值比真实值_(填“偏大”或“偏小”)。,8.0,150,187.5 ,偏小,电阻测量的五种方法,如图所示，先让待测电阻与一电流表串联后接到电动势恒定的电源上，读出电流表示数I；然后将电阻箱与电流表串联后接到同一电源上，调节电阻箱的阻值，使电流表的法数仍为I，则电阻箱的读数即等于待测电阻的阻值。,【例7】电流表A1的量程0200 A、内电阻约500 , 现要测其内阻,除若干开关、导线之外还有器材如下： 电流表A2：与A1规格相同 滑动变阻器R1：阻值020 电阻箱R2：阻值09 999 保护电阻R3：阻值约为3 k 电源：电动势E约1.5 V、内电阻r约2 (1)如图所示，某同学想用替代法测量电流表内阻，他设计了部分测量电路，在此基础上请你将滑动变阻器接入电路中，使实验可以完成。 (2)电路补充完整后，请你完善以下测量电流表A1内电阻的实验步骤。 a先将滑动变阻器R1的滑动端移到使电路安全的位置，再把电阻箱R2的阻值调到_(填“最大”或“最小”)。 b闭合开关S1、S，调节滑动变阻器R1，使两电流表的指针在满偏附近，记录电流表A2的示数I。 c断开S1，保持S闭合、R1不变，再闭合S2，调节电阻箱R2，使电流表A2的示数_，读出此时电阻箱的示数R2，则电流表A1内电阻r_。,再次为I(或仍为I),转 解析,最大,R2,转原题,四、跟踪训练,4.跟踪训练,【跟踪训练】为了测量一微安表头A的内阻，某同学设计了如图所示的电路。图中A0是标准电流表，R0和RN分别是滑动变阻器和电阻箱，S和S1分别是单刀双掷开关和单刀单掷开关， E是电池。完成下列实验步骤中的填空：,（1）当将S拨向接点1时,接通S1，调节_,使待测微安表头指针偏转到适当位置，记下此时_的读数I； （2）然后将S拨向接点2,调节_,使_,记下此时RN的读数；,（3）多次重复上述过程，计算RN读数的_,此即为待测微安表头内阻的测量值。,解析 本题方法为等效替代法。当S接1与接2时通过电路的电流I相同时，待测微安表头的内阻与RN的电阻相同。 答案 （1）R0 标准电流表（或A0） （2）RN 标准电流表（或A0）的读数仍为I （3）平均值,解析显隐,R0,A0,RN,A0的读数仍为I,平均值,五、真题演练,5.真题演练,【真题】 2013·重庆卷,6(2)某同学对有故障的电热毯进行探究. 图甲是电热毯的电路示意图,其中电热线和导线通过金属接线片连接.图乙为测试电路实物图,A、B为测试表笔,电压表内阻很大,可视为理想电表. 请在下面虚线框内画出与图乙对应的电路图.,甲,乙,解析 电路图如下图所示,解析显隐,采用内接分压式接法.,问题 续,解析显隐,0.58,65,U,I,【真题】(2012-北京卷·21) 在“测定金属的电阻率”实验中，所用测量仪器均已校准，待测金属丝接入电路部分的长度约为50cm. （1）用螺旋测微器测量金属丝直径，其中某次测量结果如下图所示，其读数应为_mm（该值接近多次测量的平均值）,解析显隐,解析 (1)固定刻度读数为0，可动刻度读数为39.7，所测长度为0+39.7×0.01=0.397mm.（结果取0.3950.399均正确）,0.397,（2）用伏安法测金属丝的电阻Rx.实验所用器材为：电池组（电动势为3V、内阻约为1）、电流表（内阻约为0.1）、电压表（内阻约为3k）、滑动变阻器R（020，额定电流为2A） 、开关、导线若干.某小组同学利用以上器材正确连接好电路，进行实验测量，记录数据如下： 由以上实验数据可知，他们测量Rx是采用下图中的_图（选填“甲”或“乙”） .,甲,审题视角 (1)由已知条件判定电流表的内、外接法 (2)判定滑动变阻器是分压式还是限流式接法.,解析显隐,（3）下图是测量Rx的实验器材实物图,图中已经连接了部分导线,滑动变阻器的滑片P置于变阻器的一端,请根据前题图中所选的电路图,补充完成下图中实物间的连线,并使闭合开关的瞬间,电压表或电流表不至于被烧坏.,审题视角 (1)注意连图时连线起点和终点在接线柱上并且不能交叉. (2)结合上题结论，应连接成外接分压接法(甲). 在连线前断开关，使Rx两端的电压为0.把滑片P置于变阻器的左端. (3)先连电流表外接方式. (4)再连变阻器分压方式,（4）这个小组的同学在坐标纸上建立U、I坐标系，如下图所示，图中已经标出了与测量数据对应的4个坐标点.请在下图中标出第2、4、6次测量数据的坐标点，并描绘出UI图线.由图线得到金属丝的阻值RX =_（保留两位有效数字）.,审题视角 (1)在坐标系中标出2、4、6对应的三个坐标点. (2)选尽可能多的点连成一条直线，不在直线上的点均匀分布在直线两侧. 第6次测量数据的坐标点误差太大，应舍去. (3)图线的斜率反映了金属丝的电阻，因此金属丝的电阻值Rx=1.00/0.220 =4.5 .,4.5,（5）根据以上数据可以估算出金属丝电阻率约为（填选项前的序号） A. 1×10-2 · m B. 1×10-3 · m C. 1×10-6 · m D. 1×10-8 · m,解析显隐,审题视角 (1) 系统误差是由于仪器本身不精确，或实验方法粗略，或实验原理不完善而产生的.特点是在多次重做同一实验时，误差总是同样的偏大或偏小.减小系统误差，必须校准测量仪器，改进实验方法，设计在原理上更为完善的实验 . (2)偶然误差是由各种偶然因素对实验者、测量仪器、被测物理量的影响而产生的.总是有时偏大，有时偏小，并且偏大偏小的概率相同.可以多进行几次测量，求出其平均值，这个平均值比一次测得的数值更接近于真实值 .,（6）任何实验测量都存在误差，本实验所用测量仪器均已校准，下列关于误差的说法中正确的选项是_（有多个正确选项）. A.用螺旋测微器测量金属丝直径时，由于读数引起的误差属于系统误差 B.由于电流表和电压表内阻引起的误差属于偶然误差 C.若将电流表和电压表的内阻计算在内，可以消除由测量仪表引起的系统误差 D.用UI图像处理数据求金属丝电阻可以减小偶然误差,解析(6) 用螺旋测微器测量金属丝直径时，由于读数引起的误差属于偶然误差；由于电流表和电压表内阻引起的误差属于系统误差. 答案 C D,解析显隐,