2020高考物理第八章实验八测定金属的电阻率教案鲁科版选修3_120190715241.pdf
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1、实验八 测定金属的电阻率实验八 测定金属的电阻率 一、基本原理与操作 原理电路图操作要领 (1)测量直径:三个不同位置各测一次直径 (2)电路连接:连接好伏安法测电阻的实验电路 (3)测量长度:测金属导线的有效长度 3 次 (4)U、I测量:改变滑动变阻器滑片的位置,读出几组相应 电流表、电压表的示数 二、数据处理 1.求Rx (1)计算法:用Rx 分别算出各次的数值,再取平均值。 U I (2)图象法:画出UI图象,UI图象的斜率等于Rx。 2.计算电阻率:将记录的数据U、I、l、d的值代入电阻率计算式 Rx。 S l d2U 4lI 注意事项 (1)先测直径,再连电路:为了方便,测量直径时
2、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。 误差分析 热点一 测量仪器、仪表的读数 1.游标卡尺 游标卡尺的读数应注意以下几点 (1)第一看看清精确度 刻度格数刻度总每小格与精确度 (分度)长度1 mm 的差值(可精确到) 109 mm0.1 mm0.1 mm 2019 mm0.05 mm0.05 mm 5049 mm0.02 mm0.02 mm 例如(图 1) 图 1 易错成 11 mm40.1 mm11.40 mm 正确的应为 11.
3、4 mm,游标卡尺不需要估读,后面不能随意加零或去零。 (2)第二看游标尺上的 0 刻度线位置,区分零刻度与标尺最前端。例如(图 2) 图 2 易错成 13 mm100.05 mm13.50 mm 正确读数为 14 mm100.05 mm14.50 mm。 (3)第三看主尺上的单位 主尺上标识的 1、2、3 等数字通常是指厘米,读数时应将毫米和厘米分清,游标卡尺主尺上 的最小刻度是 1 mm。例如(图 3) 图 3 易错成 5 mm40.05 mm5.20 mm 正确的应为 50 mm40.05 mm50.20 mm。 2.螺旋测微器的使用 (1)构造:如图 4 所示,B为固定刻度,E为可动刻
4、度。 图 4 (2)原理 : 测微螺杆F与固定刻度B之间的精密螺纹的螺距为 0.5 mm, 即旋钮D每旋转一周,F 前进或后退 0.5 mm,而可动刻度E上的刻度为 50 等份,每转动一小格,F前进或后退 0.01 mm,即螺旋测微器的精确度为 0.01 mm。读数时估读到毫米的千分位上,因此,螺旋测微器又 叫千分尺。 (3)读数:测量值(mm)固定刻度数(mm)(注意半毫米刻度线是否露出)可动刻度数(估读一 位)0.01 (mm)。 如图 5 所示, 固定刻度示数为 2.0 mm, 半毫米刻度线未露出, 而从可动刻度上读的示数为 15.0, 最后的读数为:2.0 mm15.00.01 mm2
5、.150 mm。 图 5 3.电压表和电流表 (1)03 V 的电压表和 03 A 的电流表读数方法相同,此量程下的精确度是 0.1 V 或 0.1 A, 看 清楚指针的实际位置,读到小数点后面两位。 (2)对于 015 V 量程的电压表,精确度是 0.5 V,在读数时只要求读到小数点后面一位,即读 到 0.1 V。 (3)对于 00.6 A 量程的电流表,精确度是 0.02 A,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 0.01 A。 【例1】 (1)如图6所示的三把游标卡尺,它们的游标卡尺从上至下分别为9 mm长10等分、19 mm 长 20 等分、
6、49 mm 长 50 等分,它们的读数依次为_mm,_mm,_mm。 图 6 (2)使用螺旋测微器测量金属丝的直径,示数如图 7 所示,则金属丝的直径是_mm。 图 7 (3)图 8 甲使用 0.6 A 量程时,对应刻度盘上每一小格代表_A,图中表针示数是 _A;当使用 3 A 量程时,对应刻度盘上每一小格代表_A,图中表针示数为 _A。 图乙使用较小量程时,每小格表示_V,图中表针的示数为_V。若使用的是 较大量程,则这时表盘刻度每小格表示_ V,图中表针示数为_V。 图 8 (4)旋钮式电阻箱如图 9 所示, 电流从接线柱A流入, 从B流出, 则接入电路的电阻为_。 今欲将接入电路的电阻改
7、为 2 087 , 最简单的操作方法是_。 若用两个这样的电阻箱, 即可得到的电阻值范围为_。 图 9 解析 (1)图 6 甲读数:整毫米是 17,不足 1 毫米数是 70.1 mm0.7 mm,最后结果是 17 mm0.7 mm17.7 mm。 图 6 乙读数 : 整毫米是 23,不足 1 毫米数是 170.05 mm0.85 mm,最后结果是 23 mm 0.85 mm23.85 mm。 图 6 丙读数:整毫米是 3,不足 1 毫米数是 90.02 mm0.18 mm,最后结果是 3 mm0.18 mm3.18 mm。 (2)固定刻度示数为 2.0 mm,不足半毫米的从可动刻度上读,其示数
8、为 15.0,最后的读数 : 2.0 mm15.00.01 mm2.150 mm。 (3)使用 0.6 A 量程时,刻度盘上的每一小格为 0.02 A,表针示数为 0.44 A;当使用 3 A 量 程时,每一小格为 0.1 A,表针示数为 2.20 A。 电压表使用 3 V 量程时,每小格表示 0.1 V,表针示数为 1.70 V;使用 15 V 量程时,每小格 表示 0.5 V,表针示数为 8.5 V。 (4)电阻为 1 987 。最简单的操作方法是将“1 k”旋钮调到 2,再将“100”旋钮调到 0。 每个电阻箱的最大阻值是 9 999 ,用这样的两个电阻箱串联可得到的最大电阻是 29 9
9、99 19 998 。故用两个这样的电阻箱,可得到的电阻值范围为 019 998 。 答案 (1)17.7 23.85 3.18 (2)2.150 (3)0.02 0.44 0.1 2.20 0.1 1.70 0.5 8.5 (4)1 987 将“1 k”旋钮调到 2,再将“100”旋钮调到 0 019 998 对于基本仪器,正确读数必须做到以下三点 (1)要注意量程。 (2)要弄清所选量程对应的每一大格和每一小格所表示的值。 (3)要掌握基本仪器的读数原则。最小刻度是“1”的仪器,要求读到最小刻度后再往下估读 一位;最小刻度是“2”和“5”的仪器,只要求读到最小刻度所在的这一位,不再往下估读
10、。 热点二 教材原型实验 1.电流表的内接法和外接法的比较 内接法外接法 电路图 误差原因 电流表分压 U测UxUA 电压表分流 I测IxIV 电阻 测量值 R测RxRARx,测量值大于 U测 I测 真实值 R测Rx,测量值小于 U测 I测 RxRV RxRV 真实值 适用条件RARxRVRx 适用于 测量 大阻值电阻小阻值电阻 2.器材的选择方法 (1)电流表和电压表的选择 根据电路中的最大电流(或最大电压)进行选择。 根据用电器的额定电流(或额定电压)进行选择。 根据电源的参数进行选择。 (2)控制电路的选择 : 当滑动变阻器的最大电阻远小于待测电阻或要求电流从零开始调节时, 变阻器应采用
11、分压式接法;当滑动变阻器的最大电阻和待测电阻接近时,选用限流式接法。 滑动变阻器两种接法的对比 方式 内容 限流接法分压接法对比说明 两种接法电路图串、并联关系不同 负载R上电压调节范围 (电源内阻不计) UE RE RR00UE分压电路调节范围大 命题角度 仪器的选择及电路设计 【例 2】 2018天津卷,9(3)某同学用伏安法测定待测电阻Rx的阻值(约为 10 k), 除了Rx、开关 S、导线外,还有下列器材供选用: A.电压表(量程 01 V,内阻约 10 k) B.电压表(量程 010 V,内阻约 100 k) C.电流表(量程 01 mA,内阻约 30 ) D.电流表(量程 00.6
12、 A,内阻约 0.05 ) E.电源(电动势 1.5 V,额定电流 0.5 A,内阻不计) F.电源(电动势 12 V,额定电流 2 A,内阻不计) G.滑动变阻器R0(阻值范围 010 ,额定电流 2 A) 为使测量尽量准确,电压表选用_,电流表选用_,电源选用_。(均 填器材的字母代号) 画出测量Rx阻值的实验电路图。 该同学选择器材、连接电路和操作均正确,从实验原理上看,待测电阻测量值会_ 其真实值(填“大于” 、“小于”或“等于”),原因是_。 解析 若选用电动势为 1.5 V 的电源,则实验中电流最大值仅为 0.15 mA,两个电流表均无法 准确测量,故选用电动势为 12 V 的电源
13、 F;此时,实验中最大电流约为 1.2 mA,故电流表选 用 C;电压表选用 B。由于滑动变阻器的最大阻值远小于待测电阻的阻值,所以滑动变阻器采 用分压式接法 ; 待测电阻的阻值远大于电流表内阻, 所以电流表内接。 由于电流表的分压作用, 电阻测量值偏大,所以电阻测量值大于其真实值。 答案 B C F 大于 电压表的读数大于待测电阻两端实际电压 命题角度 实物图连接及数据处理 【例 3】 (2019四川广元统考)在测定金属电阻率的实验中, 所用金属电阻丝的电阻约为 30 。现通过以下实验测量该电阻丝的电阻率。 (1)用螺旋测微器测出电阻丝的直径为d。 (2)实验中能提供的器材有开关、若干导线及
14、下列器材: 电压表 V1(量程为 03 V,内阻约为 3 k) 电压表 V2(量程为 015 V,内阻约为 15 k) 电流表 A1(量程为 0100 mA,内阻约为 5 ) 电流表 A2(量程为 00.6 A,内阻约为 0.1 ) 滑动变阻器R1(05 ) 滑动变阻器R2(01 k) 电源(电动势为 4.5 V,内阻不计) 为了便于调节电路并能较准确地测出电阻丝的阻值,电流表应选_,滑动变阻器应选 _。 (3)如图 10 甲所示,将电阻丝拉直后,将其两端分别固定在刻度尺两端的接线柱a和b上, 刻度尺的中间有一个可沿电阻丝滑动的触头,触头的另一端为接线柱c,当用手按下触头时, 触头才与电阻丝接
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