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1、实验探究课实验探究课1111测定金属的电阻率测定金属的电阻率第九章第九章内容索引0102强基础强基础 固本增分固本增分研考点研考点 精准突破精准突破强基础强基础 固本增分固本增分一、实验目的一、实验目的1.掌握刻度尺、螺旋测微器及游标卡尺的原理及读数方法。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,进一步测定金属丝的电阻率。二、实验思路二、实验思路根据电阻定律公式知道只要测出金属丝的长度和它的直径d,计算出横截面积S,并用伏安法测出电阻Rx,即可计算出金属丝的电阻率。三、实验器材三、实验器材被测金属丝,直流电源,电流表,电压表,滑动变阻器,开关
2、,导线若干,螺旋测微器,毫米刻度尺。四、进行实验四、进行实验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。接入后测长度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。五、数据处理五、数据处理1.在求Rx的平均值时可用两种方法(2)用U-I图线的斜率求出。2.计算电阻率注意单位 六、误差分析六、误差分析1.若为内接法,电流表分压。2.若为
3、外接法,电压表分流。3.长度和直径的测量。七、注意事项七、注意事项1.先测直径,再连电路:为了方便,直径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.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。易错辨析判一判(1)在测定金属的电阻率的实验中,电流表采用外接法,将会使测真。()(2)在测定金属的电阻率的实验中,由=可知,对实验结果准确性影响最大的是直径d的测量。()(3)伏安法测大电阻时应选择外接法,且测量值小于真实值。()研考点研考点 精准突破精准突破考点一考点一教材原型教材原型实验典例1.(2
4、022安徽合肥模拟)在测定金属丝的电阻率实验中,所用测量仪器均已校准。待测金属丝接入电路部分的长度l约为50cm,其电阻Rx约为5。(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径D,其中某一次测量结果如图甲所示,其读数为mm。(2)为了使金属丝两端电压调节范围较大,并使测量结果尽量准确,实验小组设计了如图乙所示的电路图,可供选择的器材如下:电流表A1(量程00.6A,内阻约0.2)电流表A2(量程03A,内阻约0.1)电压表V1(量程03V,内阻约3k)电压表V2(量程015V,内阻约15k)滑动变阻器R1(05,允许最大电流2.0A)滑动变阻器R2(01k,允许最大电流0.5A)电源E(电动势约3V,内
5、阻不计)单刀单掷开关S一个,导线若干电流表应选,电压表应选,滑动变阻器应选;(均填写器材的字母代号)若某次测量中电压表示数为U,电流表示数为I,则所测金属丝的电阻率的表达式=。(用所测物理量的符号l、D、U、I表示)实验中采用电流表外接法将导致测得的电阻率(选填“大于”“等于”或“小于”)真实值。解析(1)金属丝的直径为D=0.5mm+10.00.01mm=0.600mm。(2)根据所给电源以及Rx的阻值可知Rx两端的最大电压约为3V,通过Rx的最大电流约为0.6A,为了使电表指针能够有适当的偏转幅度从而减小读数误差,电流表应选择A1,电压表应选择V1;由电路图可知滑动变阻器采用分压式接法,为
6、了便于控制分压,应选择最大阻值较小的R1。电流表外接,由于电压表分流,导致电流表示数大于待测电阻实际电流,所以电阻率测量值偏小。对点演练1.(2022云南昆明第一中学模拟)小阳同学想自己设计实验来测量某种金属丝的电阻率。首先他将一卷长为128m的金属丝的两端固定在两个接线柱上,他选用的器材有多用电表、电流表(内阻为1)、电压表(内阻约为3000)、开关、滑动变阻器、螺旋测微器、导线和学生电源等。(1)他先使用多用电表粗测金属丝的电阻,操作过程分以下四个步骤:调整“指针定位螺丝”使指针指到零刻度;将红、黑表笔分别插入多用电表的“+”“-”插孔,选择电阻挡“1”;然后将两表笔;调整“欧姆调零旋钮”
7、进行欧姆调零;把红、黑表笔分别与金属丝的两端(已刮去绝缘漆)相接,多用电表的示数如图甲所示,该金属丝的电阻为。(2)用螺旋测微器测量金属丝的直径,示数如图乙所示,则金属丝的直径为mm。(3)为了更准确地测量金属丝Rx的电阻,并获得较大的电压调节范围,以下四个电路中最合理的是。(4)按(3)选择的电路测量,某次得到电流表示数为0.20A,电压表示数为2.76V,可计算出金属丝的电阻率约为m。(结果保留两位有效数字)答案(1)短接13(2)0.600(3)B(4)2.810-8解析(1)欧姆调零时,需要将两表笔短接;选择的挡位为“1”,所以欧姆表读数为131=13。(2)螺旋测微器读数为0.5mm
8、+10.00.01mm=0.600mm。(3)为获得较大的电压调节范围,滑动变阻器采用分压式接法,由于电流表内阻已知,电流表应采用内接法,有URx=UV-IRA,则可消除系统误差,故选B。考点二考点二实验的改的改进与与创新新典例2.国标(GB/T)规定自来水在15时电阻率应大于13m。某同学利用图甲电路测量15自来水的电阻率,其中内径均匀的圆柱形玻璃管侧壁连接一细管,细管上加有阀门K以控制管内自来水的水量,玻璃管两端接有导电活塞(活塞电阻可忽略),右活塞固定,左活塞可自由移动。实验器材还有:电源(电动势约为3V,内阻可忽略),电压表V1(量程为03V,内阻很大),电压表V2(量程为03V,内阻
9、很大),定值电阻R1(阻值为4k),定值电阻R2(阻值为2k),电阻箱R(最大阻值为9999),单刀双掷开关S,导线若干,游标卡尺,刻度尺。实验步骤如下:A.用游标卡尺测量玻璃管的内径d;B.向玻璃管内注满自来水,并用刻度尺测量水柱长度L;C.把S拨到1位置,记录电压表V1示数;D.把S拨到2位置,调整电阻箱阻值,使电压表V2示数与电压表V1示数相同,记录电阻箱的阻值R;E.改变玻璃管内水柱长度,重复实验步骤C、D,记录每一次水柱长度L和电阻箱阻值R;F.断开S,整理好器材。(1)测玻璃管内径d时游标卡尺示数如图乙所示,则d=mm。(2)玻璃管内水柱的电阻Rx的表达式为Rx=(用R1、R2、R
10、表示)。(3)利用记录的多组水柱长度L和对应的电阻箱阻值R的数据,绘制出如图丙所示的R-关系图像。自来水的电阻率=m(保留两位有效数字)。(4)本实验中若电压表V1内阻不是很大,则自来水电阻率测量结果将(选填“偏大”“不变”或“偏小”)。思维点拨1.实验原理:通过活塞和阀门控制水柱的长度,根据闭合电路欧姆定律分析电路,应用电阻定律求解电阻率。2.数据处理:通过将开关S拨到1和2位置,根据欧姆定律确定两个电路的规律关系,得出自来水电阻的阻值,然后分析函数关系式与图像确定自来水的电阻率。解析(1)根据游标卡尺的读数规则,玻璃管内径d=30mm+00.05mm=30.00mm。对点演练2.(2023
11、山东德州模拟)某兴趣小组测定某种带状卷成圆盘状的导电物质的电阻率,如图甲所示。(1)他们先用螺旋测微器测出带的厚度为d,这种物质表面镀了一层绝缘介质,其厚度不计,用游标卡尺测出带的宽度L、内径D1、外径D2(dD2-D1),其中宽度L的读数如图乙所示,则宽度L=mm。(2)然后用伏安法测该导电物质的电阻,在带的两端引出两个接线柱,先用欧姆表粗测其电阻约为500,再将其接入测量电路。在实验室里他们找到了以下实验器材:A.电源E(电动势为4V,内阻约为0.5)B.电压表V(量程为015V,内阻约为5000)C.电流表A1(量程为0300mA,内阻约为2)D.电流表A2(量程为0250mA,内阻为2
12、)E.滑动变阻器R1(总阻值为10)F.滑动变阻器R2(总阻值为100)G.定值电阻R0=10H.开关和导线若干要更好地调节和较为精确地测定其电阻,则以上不必要的器材有(填器材前面的序号);在方框内画出实验电路图;若测出的电阻为R,则其电阻率为=(用d、D1、D2、L、R表示)。解析(1)游标卡尺的读数为9mm+80.1mm=9.8mm;(2)由于电源电动势为4V,而电压表的量程为15V太大了,不利于读数,可将电流表改装成电压表,故电压表不需要;滑动变阻器R2(总阻值为100)阻值偏大,不利于调节,产生误差较大,故不需要,所以不需要的器材为B、F;将电流表A2与定值电阻R0串联改装成电压表,并将电流表A1外接,从而减小测量电流和电压的误差,同时滑动变阻器采用分压式接法,如图所示若测出的电阻为R,
