《（北京专用）高考物理一轮复习 第十章 恒定电流 第3讲 实验 测定金属的电阻率 实验 描绘小灯泡的伏安特性曲线课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《（北京专用）高考物理一轮复习 第十章 恒定电流 第3讲 实验 测定金属的电阻率 实验 描绘小灯泡的伏安特性曲线课件（52页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第3讲实验：测定金属的电阻率实验：描绘小灯泡的伏安特性曲线知识梳理知识梳理一、测定金属的电阻率一、测定金属的电阻率实验原理实验方法伏安法实验步骤数据处理二、描绘小灯泡的伏安特性曲线二、描绘小灯泡的伏安特性曲线实验原理实验步骤数据处理1.为探究小灯泡L的伏安特性,连好图甲所示的电路后闭合开关,通过移动变阻器的滑片,使小灯泡中的电流由零开始逐渐增大,直到小灯泡正常发光,由电流表和电压表得到的多组读数描绘出的U-I图像应是图乙中的()甲乙答案答案C小灯泡中的电流逐渐增大时其温度升高,导致电阻R增大。只有C选项对。C2.在“测定金属丝电阻率”实验中,若金属丝的电阻Rx约为3,为尽可能减小误差,要求金属
2、丝发热功率P0.75W。(1)实验中用螺旋测微器测量导线直径时,可估读到0.001mm,用毫米刻度尺测量导线长度时,可估读到0.1mm。(2)下述器材中应选用的是ABDG。(用字母代替)A.6V电池组B.电流表(00.6A,内阻0.5)C.电流表(03A,内阻0.01)D.电压表(03V,内阻1k)E.电压表(015V,内阻5k)F.滑动变阻器(0100,额定电流1A)G.滑动变阻器(020,额定电流1A)(3)在框内画出电路图。(4)在下图中,将各器材连成实验电路。答案答案(1)0.0010.1(2)ABDG(3)(4)图见解析解析解析(1)螺旋测微器读数时可估读到0.001mm;毫米刻度尺
3、读数时估读到分度值的下一位,即0.1mm。(2)PRx测量值大于真实值R测=Rx测量值小于真实值适用条件RARx(大电阻用内接法测量,测量值偏大)RVRx(小电阻用外接法测量,测量值偏小)2.伏安法测电阻的电路选择伏安法测电阻的电路选择(1)阻值比较法:先将待测电阻的估计值与电压表、电流表的内阻进行比较,若Rx较小,宜采用电流表外接法;若Rx较大,宜采用电流表内接法。(2)临界值计算法:Rx时,用电流表内接法。(3)实验试探法:按图接好电路,让电压表的接线端P先后与a、b处接触一下,如果电压表的示数有较大的变化,而电流表的示数变化不大,则可采用电流表外接法;如果电流表示数有较大的变化,而电压表
4、示数变化不大,可采用电流表内接法。3.滑动变阻器的两种接法滑动变阻器的两种接法限流式接法分压式接法电路图特点用电器和滑动变阻器的一部分串联,另一部分不起作用调节电压的范围不能从零开始变化用电器和滑动变阻器的一部分并联后和另一部分串联电压可以从零调节到最大值适用条件滑动变阻器的最大阻值和用电器的阻值差不多且不要求电压从零开始变化滑动变阻器的最大阻值小于用电器的阻值;电压要求从零开始变化4.常用电表的读数常用电表的读数对于电压表和电流表的读数问题,首先要弄清电表量程,即指针指到最大刻度时电表允许的最大电压或电流值,然后根据表盘总的刻度数确定精确度,按照指针的实际位置进行读数即可。(1)03V量程的
5、电压表和03A量程的电流表读数方法相同,此量程下的精确度分别是0.1V和0.1A,看清楚指针的实际位置,读到小数点后面两位。(2)对于015V量程的电压表,精确度是0.5V,在读数时只要求读到小数点后面一位,即读到0.1V。(3)对于00.6A量程的电流表,精确度是0.02A,在读数时只要求读到小数点后面两位,这时要求“半格估读”,即读到最小刻度的一半0.01A。2-12017北京朝阳二模,21(2)在“测定金属的电阻率”的实验中,小强同学先用多用电表粗测了一段粗细均匀的电阻丝的阻值(约为5),随后将其固定在带有刻度尺的木板上,准备进一步精确测量其电阻。现有电源(电动势E为3.0V,内阻不计)
6、、开关和导线若干,以及下列器材:A.电流表(量程03A,内阻约0.025)B.电流表(量程00.6A,内阻约0.125)C.电压表(量程03V,内阻约3k)D.滑动变阻器(020,额定电流2A)E.滑动变阻器(0100,额定电流1A)为减小误差,且便于操作,在实验中电流表应选B,滑动变阻器应选D(选填器材前的字母)。如图甲所示,是测量该电阻丝电阻的实验器材的实物图,图中已连接了部分导线,还有两根导线没有连接,请补充完整。甲在开关闭合前,滑动变阻器的滑片应当调到最左左(选填“左”或“右”)端;闭合开关后,实验中电压表读数的最小值大于零大于零(选填“大于零”或“等于零”)。若不计实验中的偶然误差,
7、则下列说法正确的是BC。A.测量值偏大,产生系统误差的主要原因是电流表分压B.测量值偏小,产生系统误差的主要原因是电压表分流C.若已知电压表的内阻,可计算出待测电阻的真实值D.若已知电流表的内阻,可计算出待测电阻的真实值小鹏同学仍用上述电源,也设计了一个实验,电路如图乙所示,R为保护电阻,已测出电阻丝的横截面积为S,用一个带有接线柱的小金属夹沿电阻丝滑动,可改变接入电路中电阻丝的长度L,实验中记录了几组不同长度L对应的电流I。他准备利用图像法处理数据来计算该电阻丝的电阻率。乙请分析说明小鹏同学应该作出怎样的线性函数图像,并定性画出该图像;请指出在本实验中电流表的内阻对该电阻丝电阻率的测量结果有
8、无影响。答案答案BD如图所示左大于零BC见解析解析解析通过电阻丝的最大电流约为Im=A=0.6A,为减小读数误差,电流表应选B;为方便调节,滑动变阻器应选D。本题中电压表内阻远大于待测电阻丝电阻,其分流作用可忽略,故选用电流表外接法可较准确测量电阻丝的阻值。为保证实验电路安全,开关闭合前应使变阻器接入电路的阻值最大。由串联电路电压规律可知电压表读数的最小值不为零。采用电流表外接法时,因电压表的分流作用将使电流表示数大于通过电阻丝的电流,故测量的电阻值将偏小,B项正确;若已知电压表内阻,则可准确计算出通过电阻丝的电流,进而计算出待测电阻的真实值,故C项正确。设电阻丝连入电路部分的电阻为Rx,电流
9、表的内阻为RA由闭合电路欧姆定律得E=I(Rx+R+RA)由电阻定律得Rx=则=+R+RA进一步整理可得:=L+显然,随L线性变化,可见应该画-L图像。图像如图所示。该图像的斜率为k=,所以电阻率=ESk由表达式可知,电流表的内阻RA只影响图像的截距而不影响图像的斜率,所以,电流表的内阻对该电阻丝电阻率的测量结果没有影响。2-2(2012北京理综,21,18分)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的直径,其中某一次测量结果如图1所示,其读数应为（0.3950.399）mm(该值接近多次测量的平均值)。图1(2
10、)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3V,内阻约1)、电流表(内阻约0.1)、电压表(内阻约3k)、滑动变阻器R(020,额定电流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:次数1234567U/V0.100.300.701.001.501.702.30I/A0.0200.0600.1600.2200.3400.4600.520由以上实验数据可知,他们测量Rx是采用图2中的甲甲图(选填“甲”或“乙”)。图2(3)图3是测量Rx的实验器材实物图,图中已连接了部分导线,滑动变阻器的滑片P置于变阻器的一端。请根据(2)所选的电路图
11、,补充完成图3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。图3(4)这个小组的同学在坐标纸上建立U、I坐标系,如图4所示,图中已标出了与测量数据对应的4个坐标点。请在图4中标出第2、4、6次测量数据的坐标点,并描绘出U-I图线。由图线得到金属丝的阻值Rx=4.5（4.34.7）(保留两位有效数字)。图4(5)根据以上数据可以估算出金属丝电阻率约为C(填选项前的符号)。A.110-2mB.110-3mC.110-6mD.110-8m(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CD(有多个正确选项)。A.用螺旋测微器测量金属丝直径时
12、,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U-I图像处理数据求金属丝电阻可以减小偶然误差答案答案(1)(0.3950.399)(2)甲(3)如图(a)所示(4)如图(b)所示4.5(4.34.7)(5)C(6)CD(a)(b)解析解析(1)螺旋测微器的读数原则为主尺数+套筒刻度数精度=(0+39.70.01)mm=0.397mm。(2)由记录数据知,若采用乙图限流电路,则当U=0.10V,I=0.020A时,滑动变阻器须串入的电阻约为144,大于滑动变阻器的最大阻值20,所以实验中
13、滑动变阻器R应采用分压式连接,故他们采用甲图电路。(3)实物连接图见答案,连线时要注意:电压表的正、负接线柱不要接反。滑动变阻器中滑片P的位置应使最初Rx两端电压为零。(4)U-I图线见答案。求出图线斜率即Rx的阻值。(5)R=,则=R=R110-6m。(6)系统误差是实验原理、实验方法不完善、测量工具不精密等因素造成的误差。偶然误差是人为、环境等偶然因素造成的误差。故读数引起的误差属偶然误差,而电表的内阻引起的误差是系统误差,A、B选项错误;把电表内阻计算在内,完善了实验方案,可消除这一因素引起的系统误差,C选项正确;图像法与多次测量求平均值的方法,可减小偶然误差,D选项正确。考点三描绘伏安
14、特性曲线应注意的事项考点三描绘伏安特性曲线应注意的事项1.电流表外接法电流表外接法:本实验中被测小灯泡灯丝的电阻值较小,因此测量电路必须采用电流表外接法。2.滑动变阻器应采用分压式连接滑动变阻器应采用分压式连接本实验要作出I-U图线,要求测出一组包括零在内的电流、电压值,故控制电路必须采用分压式接法。3.保护元件安全保护元件安全:为保护元件不被烧毁,开关闭合前变阻器滑片应位于使加在小灯泡两端的电压为零的一端。3-1(2017北京海淀期末,12)某研究性学习小组的同学们设计了描绘小灯泡的伏安特性曲线的实验,待测小灯泡的额定电压为3.8V。要求测量结果尽量精确,并绘制出小灯泡两端电压在03.8V范
15、围内完整的伏安特性曲线。(1)若实验室的电压表、电流表和滑动变阻器都满足实验要求,则在如图1所示的两种实验方案中,应选择甲甲(选填“甲”或“乙”)图所示电路进行实验。图1(2)若实验中只提供了量程为3V,内阻为3000的电压表V1,为了绘制完整的伏安特性曲线,需要将电压表V1改装成量程为4V的电压表V2,则应将电压表V1串联串联(选填“串联”或“并联”)一个阻值为1000的定值电阻,才能实现改装的要求。(3)小组的同学们正确描绘出小灯泡的伏安特性曲线如图2所示,根据这个特性曲线,同学们对小灯泡的实际功率与其两端的电压的关系,或与通过其电流的关系,猜想出了如图3所示的关系图像,其中可能正确的是A
16、B。(选填选项下面的字母序号)图2图3(4)某同学将该小灯泡接在一个电动势为3.0V、内阻为5.0的电源上,组成一个闭合电路,则此时该小灯泡实际功率约为0.360.42W。(保留2位有效数字)答案答案(1)甲(2)串联1000(3)AB(4)0.360.42解析解析(1)描绘小灯泡伏安特性曲线的实验数据要求从0开始,且选取的点尽可能多些,故应选用滑动变阻器的分压式接法,故选甲图。(2)将小量程电压表改装成大量程电压表需要串联一个电阻,在串联电路中,电压比等于电阻比,即=,得R串=1000,故应将电压表V1串联一个阻值为1000的定值电阻。(3)由特性曲线可知,小灯泡的电阻随温度的升高逐渐增大,
17、图A、B表示电阻在增大,故选AB。(4)如图所示,将电源两端电压与电流的图线画在图中,与小灯泡伏安特性曲线交点为小灯泡在此电源下工作的实际电压与电流值,P=UI=2.00.20=0.40W。3-22017北京朝阳一模,21(2)某同学想要描绘标有“3.8V,0.3A”字样的小灯泡L的伏安特性曲线,要求测量数据、绘制曲线尽量准确。可供选择的器材除小灯泡、开关、导线外,还有:电压表V,量程05V,内阻约5k电流表A1,量程0500mA,内阻约0.5电流表A2,量程0100mA,内阻约4滑动变阻器R1,最大阻值10,额定电流2.0A滑动变阻器R2,最大阻值100,额定电流1.0A直流电源E,电动势约
18、6V,内阻可忽略不计上述器材中,电流表应选A1,滑动变阻器应选R1(填写所选器材后的字母)。请将图甲所示的实验电路图补画完整。该同学通过实验得出了小灯泡的I-U图像如图乙所示。由图可知,随着电压的增加,小灯泡的电阻逐渐增大增大(选填“增大”或“减小”);当小灯泡的电压为3.00V时,小灯泡的电阻是11(结果保留2位有效数字)。甲乙该同学在获得了中小灯泡的I-U图像后,又把两只这样的小灯泡并联,直接接在电动势为4V、内阻为8的电源上组成闭合回路。请你利用图像计算此时一只小灯泡的功率约为0.18W(结果保留2位有效数字)。该同学看到实验室还有一个最大阻值为17k的滑动变阻器R3,想进一步探究若用R
19、3来替换本实验中的滑动变阻器结果会怎样,请你分析论证该同学能否比较方便地获取多组数据,进而得到比较理想的小灯泡的伏安特性曲线。答案答案A1R1如图所示增大110.18见解析解析解析由题干信息可知电流表应选A1,由于实验需要描绘小灯泡L的伏安特性曲线,故电路中滑动变阻器应采用分压式接法,故选总电阻较小的,即R1。实验电路采用电流表外接法,滑动变阻器采用分压式接法。I-U图像中,曲线上的点与原点连线的斜率表示,斜率越小,R越大。从I-U图像中读取3V对应的点的纵坐标,利用R=,即可算得此时的电阻大小。当电源与两只并联的灯泡连接时,设通过每只灯泡的电流为I,灯泡两端电压为U,由闭合电路欧姆定律有U=E-2Ir,代入数据得U=4V-16I,在图中作出图线,如图所示,两图线交点坐标表示两灯泡并联在该电源两端时每只灯泡的电流和电压,由图像可求出一只灯泡的功率约为0.18W。本实验的目的是描绘小灯泡的伏安特性曲线,电流、电压数据需要从0开始,滑动变阻器需要采用分压接法;如选取滑动变阻器R3,滑动变阻器左部分与灯泡并联,再与滑动变阻器右部分串联。移动滑片时,在滑动变阻器左部分阻值较小时,小灯泡两端的电压变化非常不明显,而当滑动变阻器左部分阻值非常大时,右部分阻值与灯泡差不多,此时灯泡两端电压变化非常快,无法准确调节。故采用R3无法得到比较理想的伏安特性曲线。
