《2020版高考物理大一轮复习第八章 实验八 测定金属的电阻率讲义(含解析)教科版》由会员分享,可在线阅读,更多相关《2020版高考物理大一轮复习第八章 实验八 测定金属的电阻率讲义(含解析)教科版(13页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。
1、实验八测定金属的电阻率(同时练习使用螺旋测微器)1实验原理(如图1所示)由R得,因此,只要测出金属丝的长度l、横截面积S和金属丝的电阻R,即可求出金属丝的电阻率.图12实验器材被测金属丝,直流电源(4V),电流表(00.6A),电压表(03V),滑动变阻器(050),开关,导线若干,螺旋测微器,毫米刻度尺3实验步骤(1)用螺旋测微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.(2)连接好用伏安法测电阻的实验电路(3)用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属丝的有效长度,反复测量三次,求出其平均值l.(4)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(5)闭合开关,改变滑动变
2、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,填入记录表格内(6)将测得的Rx、l、d值,代入公式R和S中,计算出金属丝的电阻率1数据处理(1)在求Rx的平均值时可用两种方法用Rx分别算出各次的数值,再取平均值用UI图线的斜率求出(2)计算电阻率将记录的数据Rx、l、d的值代入电阻率计算公式Rx.2误差分析(1)金属丝的横截面积是利用直径计算而得,直径的测量是产生误差的主要来源之一(2)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(3)金属丝的长度测量、电流表和电压表的读数等会带来偶然误差(4)由于金属丝通电后发热升温,会使金属
3、丝的电阻率变大,造成测量误差3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、被测金属丝、滑动变阻器连成主干线路,然后再把电压表并联在被测金属丝的两端(3)测量被测金属丝的有效长度,是指测量被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被测金属丝长度,测量时应将金属丝拉直,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)闭合开关之前,一定要使滑动变阻器的滑片处在有效电阻值最大的位置(6)在用伏安法测电阻时,通过被测金属丝的电流不宜过大(电流表用0
4、0.6A量程),通电时间不宜过长,以免金属丝的温度明显升高,造成其电阻率在实验过程中逐渐增大(7)若采用图像法求电阻阻值的平均值,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命题点一教材原型实验例1在“测定金属的电阻率”的实验中,用螺旋测微器测量金属丝直径时的刻度位置如图2所示,用米尺测出金属丝的长度L,金属丝的电阻大约为5,先用伏安法测出金属丝的电阻R,然后根据电阻定律计算出该金属材料的电阻率图2(1)从图中读出金属丝的直径为_mm.(2)为此取来两节新的干电池、开关和若干导线及下列器材:A电压表03V,内阻10kB电压
5、表015V,内阻50kC电流表00.6A,内阻0.05D电流表03A,内阻0.01E滑动变阻器,010F滑动变阻器,0100要求较准确地测出其阻值,电压表应选_,电流表应选_,滑动变阻器应选_(填序号)实验中某同学的实物接线如图3所示,请指出该同学实物接线中的两处明显错误图3错误1:_;错误2:_.答案(1)0.680(2)ACE导线连接在滑动变阻器的滑片上采用了电流表内接法解析(1)固定刻度读数为0.5mm,可动刻度读数为18.00.01mm0.180mm,所以最终读数为:0.5mm0.180mm0.680mm;(2)因两节新的干电池的电动势为3 V,应选量程为03 V的电压表,故选A;因金
6、属丝的电阻大约为5 ,流过电流表的电流大约为I A0.6 A,电流表应选C;因金属丝的电阻大约为5 ,且可选择的滑动变阻器阻值大于5 ,故滑动变阻器采用限流式接法,应选E;因,所以电流表采用外接法,该同学实物接线中的两处明显错误是:导线连接在滑动变阻器的滑片上;采用了电流表内接法变式(2018陕西省咸阳市第一次模拟)某同学为测定电阻丝的电阻率,设计了如图4甲所示的电路,电路中ab是一段电阻率较大、粗细均匀的电阻丝,保护电阻R04.0,电源电动势E3.0V,电流表内阻忽略不计,滑片P与电阻丝始终接触良好图4(1)实验中用螺旋测微器测得电阻丝的直径如图乙所示,其示数为d_mm.(2)实验时闭合开关
7、,调节滑片P的位置,分别测量出每次实验中aP长度x及对应的电流值I,实验数据如表所示.x/m0.100.200.300.400.500.60I/A0.490.430.380.330.310.28/A12.042.332.633.033.233.57将表中数据描在x坐标纸中,如图丙所示,该图像的斜率的表达式k_(用题中字母表示),由图线求得电阻丝的电阻率_m(保留两位有效数字)根据图丙中x关系图线纵轴截距的物理意义,可求得电源的内阻为r_(保留两位有效数字)答案(1)0.400(2)1.11061.3解析(1)螺旋测微器固定刻度上的半毫米刻线没有露出,可动刻度上的格数要估读一位,读数应为0.01
8、mm40.00.400mm;(2)由闭合电路的欧姆定律,I,变形得,由电阻定律Rx,S,代入上式得x,可看出与x是一次函数关系,函数图像的斜率k;由题图丙中的数据算出图像的斜率k A1m13 A1m1,则m1.1106m;题图丙中x关系图线的纵截距为1.77,此时待测电阻丝电阻为零,由闭合电路欧姆定律得:EI(rR0),解得r1.3.命题点二测定液体的电阻率例2(2018河北省“名校联盟”质量监测一)为了研究咸湖出现的规律,某同学设计了一个检测河水电阻率的实验,他在一根均匀的长玻璃管两端装上两个橡胶塞和铂电极,如图5甲所示,两电极相距L0.314m,其间充满待测的河水,安装前他用如图乙所示的游
9、标卡尺(图为卡尺的背面)测量玻璃管的内径,结果如图丙所示他还选用了以下仪器:量程15V,内阻约300k的电压表;量程300A,内阻约50的电流表;最大阻值1k的滑动变阻器;电动势E12V,内阻r6的电池组、开关各一只,以及导线若干图丁坐标系中包括坐标为(0,0)的点在内的9个点表示他测得的9组电流I、电压U的值,根据以上材料完成以下问题:图5(1)测量玻璃管的内径时,应将图乙所示游标卡尺中的A、B、C三部分中的_与玻璃管内壁接触(填代号)(2)玻璃管的内径d_mm.(3)图戊中的实物仪器有一部分已连线,将其他部分连接成能测出图丁数据的实物连接图(4)水的电阻率_(结果保留两位有效数字)答案(1
10、)A(2)5.50(3)见解析图(4)7.6m解析(1)测量玻璃管内径时,应将游标卡尺中的A部分与玻璃管的内径接触(2)游标卡尺的读数为d5mm10mm5.50mm.(3)根据UI图像可知电流从零开始,所以滑动变阻器采用分压式接法,由UI图像可算出水柱的电阻远大于电流表内阻,所以电流表采用内接法,实物连线图如图所示(4)UI图像的斜率表示水柱的电阻,即R1105,又因为R,S,联立解得R,则1105m7.6m.命题点三电阻测量的方法1伏安法电路图特点:大内小外(内接法测量值偏大,测大电阻时应用内接法测量,外接法测量值偏小,测小电阻时应采用外接法测量)2伏伏法若电压表内阻已知,则可将其当作电流表
11、、电压表和定值电阻来使用(1)如图6甲所示,两电压表的满偏电流接近时,若已知V1的内阻R1,则可测出V2的内阻R2R1.(2)如图乙所示,两电压表的满偏电流IV1IV2时,若已知V1的内阻R1,V1并联一定值电阻R0后,同样可得V2的内阻R2.图6例3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6V,内阻可忽略不计;电压表V1,量程为0500mV,内阻r11000;电压表V2,量程为06V,内阻r2约为10k;电流表A,量程为00.6A,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
12、的读数都不小于其量程的,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表符号表示)答案(1)见解析图(2)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为定值电阻解析(1)电路中的最大电流为Im0.01A,电流表量程太大,可以把电压表V1并联一个定值电阻改装成电流表,电压表选择V2即可,要求测量多组数据,滑动变阻器采用分压式接法,电路如图所示(2)流过被测电阻的电流为I,被测电阻的阻值为Rx.3安安法若电流表内阻已知,则可将其当作
13、电流表、电压表以及定值电阻来使用(1)如图7甲所示,当两电流表所能测得的最大电压接近时,如果已知A1的内阻R1,则可测得A2的内阻R2.(2)如图乙所示,当两电流表的满偏电压UA2UA1时,如果已知A1的内阻R1,A1串联一定值电阻R0后,同样可测得A2的电阻R2.图7例4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3V,内阻不计;电流表A1:量程015mA,内阻约为100;电流表A2:量程0300A,内阻约为1000;滑动变阻器R1:阻值范围020,额定电流2A;电阻箱R2:阻值范围09999,额定电流1A;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3.0V的电压表(2)在图8中补充完整测量Rx阻值的电路图,并在图中标明器材代号图8(3)调节滑动变阻器R1,两表的示数如图9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,则测量值比真实值_(选填“偏大”或“偏小”)图9答案(1)A29000(2)