《2020-2021学年新教材高中物理 第三章 恒定电流 第三节 实验2 金属丝电阻率的测量课件 粤教版必修3》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2020-2021学年新教材高中物理 第三章 恒定电流 第三节 实验2 金属丝电阻率的测量课件 粤教版必修3（43页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、实验2金属丝电阻率的测量,一、实验目的 1.学会使用伏安法测量电阻。 2.会测量金属导体的电阻率。 二、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,实验必备自主学习,三、实验原理与设计 1.实验原理: 设金属导线长度为l,导线直径为d,电阻率为,则: 由R= ,得:= 。 2.实验设计: 按伏安法测电阻的电路原理图连接好实验电路,实验过程探究学习,实验步骤】 1.直径测定: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,计算出金属丝的横截面积S= 。 2.电路连接:按
2、图甲或乙所示的电路原理图连接好用伏安法测电阻的实验电 路,3.长度测量: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。 4.电阻测量: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,电路经检查确认无误后,闭合开关S,改变滑动变阻器滑片位置,读出几组相应的电流表和电压表示数I和U的值,填入表格中,断开开关S,求出电阻Rx的平均值。 5.拆除实验线路,整理好实验器材,数据收集与分析】 1.在求Rx的平均值时可用两种方法: (1)用Rx= 分别算出各次的数值,再取平均值。 (2)用U-I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
3、计算式=Rx Rx,思考讨论】 1.怎样测量被测金属导线的有效长度? 提示:测量被测金属导线的有效长度,是指测量待测导线接入电路的两个端点之间的长度,亦即电压表两并入点间的部分待测导线长度。测量时应将导线拉直。 2.闭合开关S之前,滑动变阻器的滑片处在什么位置? 提示:闭合开关S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,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
4、)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,思考讨论】 测量金属丝直径,是在连入电路之前还是之后? 提示:为了方便,测量直径时应在金属丝连入电路之前测量,实验研析创新学习,类型一教材原型实验 角度1 实验原理和实验操作 【典例1】某兴趣小组在做“测定金属丝的电阻率”的实验中,通过粗测电阻丝的电阻约为5 ,为了使测量结果尽量准确,从实验室找出以下供选择的器材: A.电池组(3 V,内阻约1 ); B.电流表A1(03 A,内阻0.012 5 ); C.电流表A2(00.6 A,内阻0.125 ); D.电压表V1(03 V,内阻4 k,E.电压表V2(015 V,内阻15
5、k); F.滑动变阻器R1(020 ,额定电流1 A); G.滑动变阻器R2(02 000 ,额定电流0.3 A); H.开关、导线若干。 (1)上述器材中,电流表应选_,电压表应选_,滑动变阻器应选_(填写器材前的字母)。为使通过待测金属丝的电流能从00.5 A范围内改变,电路应选_(填写甲、乙、丙、丁,2)若用L表示金属丝接入电路中的长度,d表示直径,U表示金属丝上的电压。I表示金属丝中的电流,请用以上字母写出计算金属丝电阻率的表达式=_,解析】(1)由于电源电动势为3 V,由I= A=0.5 A,可知电路中最大 电流约为0.5 A,则电流表选C;电表读数要达到半偏,则电压表选D;为了操作
6、方 便,应选择和被测电阻阻值相差不大的滑动变阻器,故选F;要求电流从零变化, 故选用滑动变阻器的分压接法,又 ,故采用电流表的外接法,所以电路 图甲符合。 (2)根据欧姆定律可得Rx= ,根据电阻定律可得Rx= ,解得= ,即 被测电阻的电阻率为= 。 答案:(1)CDF甲(2,角度2 实验数据处理 【典例2】某学生用如图甲所示电路测金属导线的电阻率,可供使用的器材有,被测金属导线ab,电阻约为10 ,允许流过的最大电流为0.8 A; 稳恒电源E,电源输出电压恒为E=12 V; 电压表V,量程为3 V,内阻约5 k; 保护电阻:R1=10 ,R2=30 ,R3=200 ; 刻度尺、螺旋测微器,
7、开关S,导线若干等。 实验时的主要步骤如下: 用刻度尺量出导线ab的长度l,用螺旋测微器测出导线的直径d。 按如图甲所示电路将实验所需器材用导线连接好,闭合开关S,移动接线触片P,测出aP长度x,读出电压表的示数U。 描点作出U-x图线求出金属导线的电阻率,完成下列填空: (1)用螺旋测微器测量金属导线的直径d,其示数如图乙所示,该金属导线的直径d=_mm。 (2)如果实验时既要保证安全,又要测量误差较小,保护电阻R0应选_。 (3)根据多次实验测出的aP长度x和对应每次实验读出的电压表的示数U画出的U-x图线如图丙所示,其中图线的斜率为k,则金属导线的电阻率=_。(用实验器材中给出的物理量字
8、母和实验步骤中测出的物理量字母表示,解析】(1)根据螺旋测微器读数规则,该金属导线的直径d=0.5 mm+37.0 0.01 mm=0.870 mm。 (2)根据题述可知电源输出电压恒为E=12 V,电压表V的量程为3 V,保护电阻R应该分压9 V。由于被测金属导线ab的电阻约为10 ,所以保护电阻R0应选R2= 30,3)被测金属导线横截面积S= ,aP段电阻Rx= = 。电压表的示数 U=IRx,电流I= ,又 ,联立得到:U= x。U-x图线的斜率 k= ,解得:= 。 答案:(1)0.870(2)R2(3,类型二创新型实验 【典例3】利用如图甲所示的电路测量某种电阻丝材料的电阻率,所用
9、电阻丝的电阻约为20 。带有刻度尺的木板上有a和b两个接线柱,把电阻丝拉直后固定在接线柱a和b上。在电阻丝上夹上一个带有接线柱c的小金属夹,沿电阻丝移动金属夹,可改变其与电阻丝接触点P的位置,从而改变接入电路中电阻丝的长度。可供选择的器材还有,电池组E(电动势为3.0 V,内阻约为1 ); 电流表A1(量程0100 mA,内阻约为5 ); 电流表A2(量程00.6 A,内阻约为0.2 ); 电阻箱R(0999.9 ); 开关、导线若干,实验操作步骤如下: A.用螺旋测微器在电阻丝上三个不同的位置分别测量电阻丝的直径; B.将选用的实验器材,按照图甲连接实验电路; C.调节电阻箱使其接入电路中的
10、电阻值较大; D.将金属夹夹在电阻丝上某位置,闭合开关,调整电阻箱的阻值,使电流表满偏,然后断开开关,记录电阻箱的电阻值R和接入电路的电阻丝长度L; E.改变金属夹与电阻丝接触点的位置,闭合开关,调整电阻箱的阻值,使电流表再次满偏,重复多次,记录每一次电阻箱的电阻值R和接入电路的电阻丝长度L; F.断开开关,整理好器材,1)某次测量电阻丝直径d时,螺旋测微器示数如图乙所示,则d=_mm。 (2)实验中电流表应选择_(选填“A1”或“A2”)。 (3)用记录的多组电阻箱的阻值R和对应的接入电路中电阻丝长度L的数据,绘出了如图丙所示的R-L关系图线。图线在R轴的截距为R0,在L轴的截距为L0,再结
11、合测出的电阻丝直径d,则电阻丝的电阻率表达式=_(用给定的物理量符号和已知常数表示)。 (4)本实验中,电流表的内阻对电阻率的测量结果_影响(选填“有”或“无”,解析】(1)根据螺旋测微器读数规则可得 d=0.5 mm+0.232 mm=0.732 mm。 (2)根据题意,电路中可能出现的最大电流为I= =0.15 A=150 mA,故电流 表选择A1即可。 (3)由闭合电路的欧姆定律可知,E=I(R+r+RA+R电阻丝)=I(R+r+RA+ ),联立解 得R= -r-RA- L,由已知条件可知,k= ,解得=,4)由= 可知,本实验中电流表的内阻RA对电阻率的测量结果无影响。 答案:(1)0
12、.732(2)A1(3) (4)无,创新评价】实验原理的创新 (1)采用等效法测变化的电阻; (2)通过R-L图线求电阻率,课堂检测素养达标,1.在“测定金属丝的电阻率”的实验中,用螺旋测微器测量金属丝的直径d,如图所示,则金属丝的直径为_mm。金属丝的长度为L,若测得该金属丝的电阻为R,则其电阻率=_(用题中字母表示,解析】螺旋测微器固定刻度与可动刻度示数之和是螺旋测微器示数,故金属 丝直径d=(0+31.50.01) mm=0.315 mm;根据电阻定律有:R= ,求得电阻率 为:= 。 答案:0.315(0.3130.317,2.在测金属丝电阻率的实验中,回答下列问题。 (1)测得某金属
13、丝的有效长度为L,直径为d,两端的电压为U,通过它的电流为I,可以得到该金属丝的电阻率=_(用题中所给的物理量符号表示)。 (2)若金属丝的电阻约为5 ,电流表内阻约为1 ,电压表内阻约为1 k,则实验中应该将电流表_(选填“内接”或“外接”)。 (3)若实验中采取电流表内接法,则金属丝电阻率实际测量值_(选填“偏大”“偏小”或“不变”,解析】(1)根据电阻定律有R= ,又R= ,解得= 。 (2)由题中数据可知Rx=5 =10 ,故应采用电流表外接法。 (3)若采用内接法,因为金属丝的电阻较小,由于电流表的分压作用,电压的测 量值偏大,根据= 可知金属丝电阻率实际测量值也偏大。 答案:(1)
14、 (2)外接(3)偏大,3.某同学设计了一个检测河水电阻率的实验。他在一根粗细均匀的长玻璃管(管壁的厚度忽略不计)两端装上两个橡胶塞和铂电极,如图甲所示,两电极相距L=0.314 m,其间充满待测的河水。他选用了以下仪器测量玻璃管内河水的电阻,量程015 V,内阻约300 k的电压表; 量程0300 A,内阻约 50 的电流表; 最大阻值1 k的滑动变阻器; 电动势E=12 V,内阻r=6 的电池组; 开关一只、导线若干,1)该同学装入河水前先用螺旋测微器测量玻璃管的外径,结果如图乙所示。玻璃管的外径d=_mm。 (2)该同学设计了合理的测量电路,通过改变滑动变阻器阻值测得了玻璃管两端的电压和
15、电流,并在图丁的U-I坐标系内描出了9个数据点。请在图丙的实物图中用笔画线代替导线完成电路的连接,3)请在图丁中作出U-I图像,计算出玻璃管内水柱的电阻R=_,电阻率=_m(结果保留三位有效数字,解析】(1)螺旋测微器的读数为d=5 mm+50.00.01 mm=5.500 mm。 (2)根据U-I图像可知电流从零开始,所以滑动变阻器应用分压式接法,由于水柱的电阻远大于电流表内阻,所以电流表应用内接法,实物连线图如图所示,3)根据描点法,在图中画出U-I图像,用直线将尽可能多的点连起来或使点均匀分布在直线两侧,如图,则图像的斜率表示水柱的电阻,则有R= =1.00105 (0.9231051.
16、08105 ),根据电阻定律R= ,且S= ,解得= , 代入数据可算出河水的电阻率=7.56 m(6.988.17 m)。 答案:(1)5.500(2)见解析图 (3)见解析图1.00105(0.9231051.08105) 7.56(6.988.17,加固训练】 某课题组通过实验测量河水的电阻率。现备有一根均匀的长玻璃管(两端各有一个可移动圆形电极,可装入样品水,接触电阻不计)、直尺、待测的水样品。他们用伏安法多次测量的数据如表(为使实验处理方便,实验时每次都把电流表示数调到相同);玻璃管的内径d=2.26 cm,1)用水柱长度L与计算出的水柱电阻R在图中描点,画出R-L图像(要求标出坐标轴的物理量、单位和对应的数值)。 (2)计
