2019-2020學年高中物理 第二章 電路 實驗：測定金屬的電阻率學案 粵教版選修3-1

《2019-2020學年高中物理 第二章 電路 實驗：測定金屬的電阻率學案 粵教版選修3-1》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《2019-2020學年高中物理 第二章 電路 實驗：測定金屬的電阻率學案 粵教版選修3-1（16頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、實驗：測定金屬的電阻率 [學科素養(yǎng)與目標要求]　 物理觀念：1.通過實驗探究得出影響導體電阻的因素.2.掌握測定金屬電阻率的實驗原理.3.掌握螺旋測微器的讀數(shù)方法． 科學探究：1.了解本實驗需要測的物理量及所用的器材和方法.2.能進行分組分層、自主合作探究，能綜合信息進行數(shù)據(jù)處理． 科學思維：1.進一步掌握用伏安法測電阻電路的設計思想，會根據(jù)不同情況設計電路圖.2.會根據(jù)情況選擇滑動變阻器接入電路的方式. 一、螺旋測微器和游標卡尺 1．螺旋測微器的原理及讀數(shù)方法 (1)構造及原理 如圖1所示，它的測砧A和固定刻度B固定在尺架C上，可動刻度E、旋鈕D和微調(diào)旋鈕D′是與測微螺桿

2、F連在一起的，并通過精密螺紋套在B上，精密螺紋的螺距是0.5mm，即旋鈕D每轉(zhuǎn)一周，測微螺桿F前進或后退0.5mm，可動刻度分成50等份，每一等份表示0.01_mm. 圖1 (2)使用方法 當A與F并攏時，可動刻度E的零點恰好跟固定刻度B的零點重合，逆時針旋轉(zhuǎn)旋鈕D，將測微螺桿F旋出，把被測物體放入A、F之間的夾縫中，再順時針旋轉(zhuǎn)旋鈕D，F(xiàn)快要接觸被測物時，要停止使用旋鈕D，改用微調(diào)旋鈕D′，直到聽到“喀喀”聲． (3)讀數(shù)方法 L＝固定刻度示數(shù)＋可動刻度示數(shù)(估讀一位)×分度值． 注意：①以毫米為單位時，小數(shù)點后面要有三位有效數(shù)字，特別是最后一位估讀數(shù)字為零時，不能省略．

3、②在讀數(shù)時注意半毫米刻度線是否已露出． 2．游標卡尺的原理及讀數(shù)方法 (1)構造：主尺、游標尺(主尺和游標尺上各有一個內(nèi)、外測量爪)、游標卡尺上還有一個深度尺．(如圖2所示) 圖2 (2)原理：利用主尺的最小分度與游標尺的最小分度的差值制成． 不管游標尺上有多少個小等分刻度，它的刻度部分的總長度比主尺上的同樣多的小等分刻度少1mm.常見的游標尺上小等分刻度有10個、20個、50個的，其規(guī)格見下表： 刻度格數(shù)(分度) 刻度總長度 1mm與每小格的差值 精確度(可精確到) 10 9mm 0.1mm 0.1mm 20 19mm 0.05mm 0.05mm 50

4、 49mm 0.02mm 0.02mm (3)用途：測量厚度、長度、深度、內(nèi)徑、外徑． (4)讀數(shù)：若用x表示從主尺上讀出的整毫米數(shù)，K表示從游標尺上讀出與主尺上某一刻度線對齊的游標的格數(shù)，則記錄結果表示為(x＋K×精確度) mm. 二、測定金屬的電阻率 1．實驗原理 (1)把金屬絲接入電路中，用伏安法測金屬絲的電阻R(R＝)．電路原理圖如圖3所示． 圖3 (2)用毫米刻度尺測出金屬絲的長度l，用螺旋測微器測出金屬絲的直徑d，算出橫截面積S(S＝)． (3)由電阻定律R＝ρ，得ρ＝＝＝，求出電阻率． 2．實驗器材 螺旋測微器、毫米刻度尺、電壓表、電流表、開關及

5、導線、被測金屬絲、電源、滑動變阻器． 3．實驗步驟 (1)測直徑：用螺旋測微器在被測金屬絲上三個不同位置各測一次直徑，并記錄． (2)連電路：按如圖3所示的電路圖連接實驗電路． (3)量長度：用毫米刻度尺測量接入電路中的被測金屬絲的有效長度，重復測量3次，并記錄． (4)求電阻：把滑動變阻器的滑動觸頭調(diào)節(jié)到使接入電路中的電阻值最大的位置，電路經(jīng)檢查確認無誤后，閉合開關S.改變滑動變阻器滑動觸頭的位置，讀出幾組相應的電流表、電壓表的示數(shù)I和U的值，記入表格內(nèi)，斷開開關S. (5)拆除實驗電路，整理好實驗器材． 4．數(shù)據(jù)處理 電阻R的數(shù)值可用以下兩種方法確定： (1)計算法：利用

6、每次測量的U、I值分別計算出電阻，再求出電阻的平均值作為測量結果． (2)圖象法：可建立I－U坐標系，將測量的U、I值描點作出圖象，利用圖象的斜率的倒數(shù)來求出電阻值R. 5．實驗注意事項 (1)因一般金屬絲電阻較小，為了減少實驗的系統(tǒng)誤差，必須選擇電流表外接法； (2)本實驗若用限流式接法，在接通電源之前應將滑動變阻器調(diào)到阻值最大狀態(tài)． (3)測量l時應測接入電路的金屬絲的有效長度(即兩接線柱之間的長度，且金屬絲伸直)，并將金屬絲拉直；在金屬絲的3個不同位置上用螺旋測微器測量直徑d. (4)電流不宜過大(電流表用0～0.6A量程)，通電時間不宜太長，以免電阻率因溫度升高而變化.

7、 一、實驗原理及操作 例1　在“探究電阻與長度、橫截面積的關系”的實驗中，用刻度尺測量金屬絲直徑時的刻度位置如圖4所示，金屬絲的匝數(shù)為39，用米尺測出金屬絲的長度L，金屬絲的電阻大約為5Ω，先用伏安法測出金屬絲的電阻R，然后用控制變量法探究電阻與導體長度、橫截面積的關系． 圖4 (1)從圖中得出金屬絲的直徑為________mm. (2)為此取來兩節(jié)新的干電池、開關和若干導線及下列器材： A．電壓表0～3V，內(nèi)阻約10kΩ B．電壓表0～15V，內(nèi)阻約50kΩ C．電流表0～0.6A，內(nèi)阻約0.05Ω D．電流表0～3A，內(nèi)阻約0.01Ω E．滑動變阻器，0～10Ω

8、F．滑動變阻器，0～100Ω ①要求較準確地測出其阻值，電壓表應選________，電流表應選________，滑動變阻器應選________．(填序號) ②實驗中某同學的實物接線如圖5所示，請指出該同學實物接線中的兩處明顯錯誤． 圖5 錯誤a：________________________________________________________________________； 錯誤b：________________________________________________________________________. 答案　(1)0.649(0.646

9、～0.652均可)　(2)①A　C　E ②導線連接在了滑動變阻器的滑片上　采用了電流表內(nèi)接法 解析　(1)從題圖可讀出緊密繞制的金屬絲的寬度為2.53cm，故直徑為≈0.0649cm＝0.649mm. (2)①因為兩節(jié)干電池的電動勢約是3V，用3V量程的電壓表A；因為金屬絲的電阻大約為5Ω，如果把3V的電動勢全加在金屬絲上，電流約為0.6A，因此用量程是0.6A的電流表C；此題中金屬絲的電阻大約為5Ω，為了減小實驗誤差，應選10Ω的滑動變阻器E. 二、儀器的讀數(shù)及數(shù)據(jù)處理 例2　(2018·深圳市高中聯(lián)盟期末)張明同學在測定某種合金絲的電阻率時： (1)用螺旋測微器測得其直徑為__

10、______mm(如圖6甲所示)； (2)用20分度的游標卡尺測得其長度為________cm(如圖乙所示)； (3)用圖丙所示的電路測得的電阻值將比真實值______(填“偏大”或“偏小”)． 圖6 答案　(1)3.202(3.201～3.203均可)　(2)4.975　(3)偏小 解析　(1)螺旋測微器的讀數(shù)為：D＝3mm＋20.2×0.01mm＝3.202mm； (2)游標卡尺的讀數(shù)為：L＝49mm＋15×0.05mm＝49.75mm＝4.975cm； (3)由歐姆定律得：金屬絲的電阻值R＝，由于電壓表的分流作用使電流的測量值偏大，則電阻的測量值偏?。? 例3　在“

11、測定金屬的電阻率”實驗中，所用測量儀器均已校準．待測金屬絲接入電路部分的長度約為50cm. 圖7 (1)用螺旋測微器測量金屬絲的直徑，其中某一次測量結果如圖7所示，其讀數(shù)應為________mm(該值接近多次測量的平均值)． (2)用伏安法測金屬絲的電阻Rx.實驗所用器材為電池組(電動勢3V，內(nèi)阻不計)、電流表(內(nèi)阻約0.1Ω)、電壓表(內(nèi)阻約3kΩ)、滑動變阻器R(0～20Ω，額定電流2A)、開關、導線若干． 某小組同學利用以上器材正確連接好電路，進行實驗測量，記錄數(shù)據(jù)如下： 次數(shù) 1 2 3 4 5 6 7 U/V 0.10 0.30 0.70 1.0

12、0 1.50 1.70 2.30 I/A 0.020 0.060 0.160 0.220 0.340 0.460 0.520 由以上實驗數(shù)據(jù)可知，他們測量Rx是采用圖8中的________圖(選填“甲”或“乙”)． 圖8 (3)圖9是測量Rx的實驗器材實物圖，圖中已連接了部分導線，滑動變阻器的滑片P置于變阻器的一端．請根據(jù)(2)所選的電路圖，補充完成圖中實物間的連線，并使閉合開關的瞬間，電壓表或電流表不至于被燒壞． 圖9 (4)這個小組的同學在坐標紙上建立U、I坐標系，如圖10所示，圖中已標出了與測量數(shù)據(jù)對應的4個坐標點．請在圖中標出第2、4、6次測

13、量數(shù)據(jù)的坐標點，并描繪出U－I圖線．由圖線得到金屬絲的阻值Rx＝________Ω(保留兩位有效數(shù)字)． 圖10 (5)根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以估算出金屬絲電阻率約為________． A．1×10－2Ω·m B．1×10－3Ω·m C．1×10－6Ω·m D．1×10－8Ω·m (6)任何實驗測量都存在誤差，本實驗所用測量儀器均已校準，下列關于誤差的說法中正確的是________． A．用螺旋測微器測量金屬絲直徑時，由讀數(shù)引起的誤差屬于系統(tǒng)誤差 B．由電流表和電壓表內(nèi)阻引起的誤差屬于偶然誤差 C．若將電流表和電壓表的內(nèi)阻計算在內(nèi)，可以消除由測量儀表引起的系統(tǒng)誤差 D．用U－I圖

14、象處理數(shù)據(jù)求金屬絲電阻可以減小偶然誤差 答案　(1)0.398(0.396～0.399均正確)　(2)甲　(3)見解析圖　(4)見解析圖　4.5(4.3～4.7均可)　(5)C　(6)CD 解析　(1)螺旋測微器的讀數(shù)為0mm＋39.8×0.01mm＝0.398mm. (2)由實驗記錄的數(shù)據(jù)可知Rx的阻值大約為5Ω.由題知Rx?RV，故電流表?外接．若滑動變阻器接為限流式接法，電路中最小電流值Imin＝≈0.12A，其中R1為Rx與RV的并聯(lián)電阻值且R1≈Rx.則Rx兩端的電壓最小值Umin＝IminRx≈0.6V，而從實驗數(shù)據(jù)可知Rx兩端電壓是從0.10V開始的，因此滑動變阻器采用的是

15、分壓式接法． (3)實物連接圖如圖(a)所示 (4)圖線應過原點，選盡可能多的點連成一條直線，不在直線上的點均勻分布在直線兩側(cè)，明顯偏離的點應舍去，如圖(b)所示． 圖線的斜率反映了金屬絲的電阻，因此金屬絲的電阻值Rx≈4.5Ω. (5)根據(jù)Rx＝ρ得金屬絲的電阻率ρ＝＝＝Ω·m≈1×10－6Ω·m，故選項C正確． (6)系統(tǒng)誤差是由儀器的某些不完善或?qū)嶒灧椒ú粔蛲晟频犬a(chǎn)生的，其測量結果總是偏大或偏小；偶然誤差具有隨機性，可以通過多次測量取平均值來減小偶然誤差． [學科素養(yǎng)]　通過本題學生練習了螺旋測微器的讀數(shù)方法，提高了根據(jù)實際情況設計、選擇電路圖的能力，鍛煉了分析處理實

16、驗數(shù)據(jù)的能力．在解題過程中，展現(xiàn)了實驗探究過程中交流、反思的能力．本題著重體現(xiàn)了“實驗探究”的學科素養(yǎng)． 1．(2017·啟東中學高一下期末)在測定某一均勻細圓柱體材料的電阻率實驗中． 圖11 (1)如圖11甲所示，用游標卡尺測其長度為________cm；圖乙用螺旋測微器測其直徑為________mm. (2)其電阻約為6Ω.為了較為準確地測量其電阻，現(xiàn)用伏安法測量．實驗室除提供了電池E(電動勢為3V，內(nèi)阻不計)、開關S、導線若干，還備有下列實驗器材： A．電壓表V1(量程3V，內(nèi)阻約為2kΩ) B．電壓表V2(量程15V，內(nèi)阻約為15kΩ) C．電流表A1(量程3A，

17、內(nèi)阻約為0.2Ω) D．電流表A2(量程0.6A，內(nèi)阻約為1Ω) E．滑動變阻器R1(0～10Ω，0.6A) F．滑動變阻器R2(0～2000Ω，0.1A) ①為減小實驗誤差，應選用的實驗器材有____________(選填“A、B、C、D…”等序號)． ②為減小實驗誤差，應選用圖12中________(選填“a”或“b”)為該實驗的電路原理圖，其測量值比真實值________(選填“偏大”或“偏小”)． 圖12 答案　(1)10.355　1.196(1.195～1.197均可)　(2)①ADE?、赽　偏小 解析　(1)游標卡尺的固定刻度讀數(shù)為10.3cm，游標尺讀數(shù)為0.

18、05×11mm＝0.55mm＝0.055cm， 所以最終讀數(shù)為：10.3cm＋0.055cm＝10.355cm. 螺旋測微器的固定刻度讀數(shù)為1mm，可動刻度讀數(shù)為0.01×19.6mm＝0.196mm， 所以最終讀數(shù)為：1mm＋0.196mm＝1.196mm； (2)①電源電動勢為3V，故電壓表應選A，電路最大電流約為：I＝＝A＝0.5A，故電流表選D；由于待測電阻約6Ω，故為了便于調(diào)節(jié)，滑動變阻器選擇總阻值較小的E； ②待測電阻阻值約為6Ω，電壓表內(nèi)阻約為2kΩ，電流表內(nèi)阻約為1Ω，電壓表內(nèi)阻遠大于待測電阻阻值，電流表應采用外接法，應選擇題圖b所示實驗電路，由于電壓表分流使電流表讀

19、數(shù)偏大，則由歐姆定律可知，電阻的測量值比真實值偏?。? 2．(2018·豫北重點中學高二12月聯(lián)考)用伏安法測量電阻阻值R，并求出電阻率ρ，某同學所用實驗電路如圖13甲所示，給定電壓表、電流表、滑動變阻器、電源、開關、待測電阻及導線若干． 圖13 (1)待測電阻是一均勻材料制成的金屬絲(橫截面為圓形)，用直尺測量其長度，用螺旋測微器測量其直徑，結果分別如圖丙、乙所示，由圖可知其長度為________cm，直徑為________mm. (2)對照電路的實物連接在虛線框中畫出正確的電路圖． (3)圖14中的6個點表示實驗中測得的6組電流I、電壓U的值，請作出U－I圖線．

20、 圖14 (4)求出的電阻值R＝________Ω(保留3位有效數(shù)字)． (5)以上測得的物理量分別是：金屬絲兩端的電壓為U、流過的電流為I、直徑為D、長度為L，寫出電阻率的表達式ρ＝________. 答案　(1)59.40　0.435(0.433～0.437均可) (2)如圖所示 (3)如圖所示 (4)6.10(6.00～6.20均可)　(5) 1．(2018·遼寧師大附中期末)用以下器材測量待測電阻Rx的阻值： A．待測電阻Rx，阻值約為200Ω B．電源E，電動勢約為3.0V，內(nèi)阻可忽略不計 C．電流表A1，量程為0～10mA，內(nèi)電阻r1＝20Ω

21、 D．電流表A2，量程為0～20mA，內(nèi)電阻r2約為8Ω E．定值電阻R0，阻值R0＝80Ω F．滑動變阻器R1，最大阻值為10Ω G．滑動變阻器R2，最大阻值為200Ω H．單刀單擲開關S，導線若干． 圖1 (1)為了測量電阻，你認為應選擇圖1中的________圖作為實驗電路(選填“甲”“乙”或“丙”)． (2)滑動變阻器應該選________(選填“R1”或“R2”)；在閉合開關前，滑動變阻器的滑片P應置于________(選填“a”或“b”)端． 答案　(1)乙　(2)R1　b 2．在“測定金屬的電阻率”的實驗中，待測金屬絲的電阻Rx約為5Ω，實驗室備有下列實

22、驗器材： A．電壓表(量程0～3V，內(nèi)阻約為15kΩ)； B．電壓表(量程0～15V，內(nèi)阻約為75kΩ)； C．電流表(量程0～3A，內(nèi)阻約為0.2Ω)； D．電流表(量程0～0.6A，內(nèi)阻約為1Ω)； E．變阻器R1(0～10Ω，0.6A)； F．變阻器R2(0～2000Ω，0.1A)； G．電源E(電動勢為3V)； H．開關S，導線若干． (1)為減小實驗誤差，應選用的實驗器材有________(填器材前面的序號)． (2)為減小實驗誤差，應選用圖2中________(選填“甲”或“乙”)為該實驗的電路原理圖，并按所選擇的電路原理圖把圖3中的實物圖用線連接起來．

23、圖2 圖3 (3)若用毫米刻度尺測得金屬絲長度為60.00cm，用螺旋測微器測得金屬絲的直徑及兩電表的示數(shù)如圖4所示，則金屬絲的直徑為__________mm，電阻值為__________Ω. 圖4 答案　(1)ADEGH　(2)乙　見解析圖　(3)0.635(0.633～0.637均可)　2.4 解析　(1)由于電源的電動勢為3V，所以電壓表應選A；被測電阻約為5Ω，電路中的最大電流約為I＝＝A＝0.6A，電流表應選D；根據(jù)變阻器允許通過的最大電流可知，變阻器應選E；還要選用電池組、開關和導線若干．故應選用的實驗器材有ADEGH. (2)由于>，應采用電流表外接法，故應選

24、題圖乙所示電路，實物連接如圖所示． (3)從螺旋測微器可以讀出金屬絲的直徑為0.5mm＋13.5×0.01mm＝0.635mm，從電壓表可以讀出電阻兩端電壓為1.20V，從電流表可以讀出流過電阻的電流為0.50A，被測金屬絲的阻值為Rx＝＝Ω＝2.4Ω. 3．用伏安法測量電阻R的阻值，并求出電阻率ρ. 給定電壓表(內(nèi)阻約為50kΩ)、電流表(內(nèi)阻約為40Ω)、滑動變阻器、電源、開關、待測電阻(約為250Ω)及導線若干(要求測量電流、電壓能從0開始調(diào)節(jié))． (1)在虛線框中畫出測量R的電路圖． 圖5 (2)圖5中的6個點表示實驗中測得的6組電流I、電壓U的值，試寫出根據(jù)此

25、圖求R值的步驟：__________________________________. (3)求出的電阻值R＝________.(保留3位有效數(shù)字) (4)待測電阻是一均勻材料制成的圓柱體，用50分度的游標卡尺測量其長度與直徑，結果分別如圖6甲、乙所示．由圖可知其長度為________，直徑為________． 圖6 (5)由以上數(shù)據(jù)可求出ρ＝________.(保留3位有效數(shù)字) 答案　(1)見解析圖 (2)見解析 (3)229Ω(200～237Ω均可) (4)0.800cm　0.190cm (5)8.11×10－2Ω·m 解析　(1)由于R＜，應采用電流表外接法

26、，要求測量電流、電壓從0開始調(diào)節(jié)，滑動變阻器采用分壓式接法．如圖所示． (2)①作U－I圖線，圖線應為過原點的直線，使直線過盡可能多的點，不在直線上的點均勻分布在直線兩側(cè)，偏離直線較遠的點(左起第2個點)應舍棄；②求該直線的斜率k，則R＝k. (3)在圖象中的直線上取兩點，求出R≈229Ω. (4)題圖甲讀數(shù)l＝8mm＋0×0.02mm＝8.00mm＝0.800cm 題圖乙讀數(shù)d＝1mm＋45×0.02mm＝1.90mm＝0.190cm (5)由R＝ρ，得ρ＝＝Ω·m≈8.11×10－2Ω·m. 4．一根細長而均勻的金屬管線樣品，長約60cm，電阻約為6Ω，截面圖如圖7所示．

27、 (1)用螺旋測微器測量金屬管線的外徑，示數(shù)如圖8所示，金屬管線的外徑為________mm. 圖7　　　　　　　　　圖8 (2)實驗室有如下器材： A．電流表(量程0.6A，內(nèi)阻約0.1Ω) B．電流表(量程3A，內(nèi)阻約0.03Ω) C．電壓表(量程3V，內(nèi)阻約3kΩ) D．滑動變阻器(1750Ω，0.3A) E．滑動變阻器(15Ω，3A) F．蓄電池(6V，內(nèi)阻很小) G．開關一個，帶夾子的導線若干 要進一步精確測量金屬管線樣品的阻值，電流表應選________，滑動變阻器應選________．(只填代號字母) (3)將如圖9所示的實物電路補充完整． 圖9

28、 (4)金屬管線樣品材料的電阻率為ρ，通過多次測量得出金屬管線的電阻為R，金屬管線的外徑為d，要想求得金屬管線內(nèi)形狀不規(guī)則的中空部分的截面積S，在前面實驗的基礎上，還需要測量的物理量是________．計算中空部分截面積的表達式為S＝________. 答案　(1)1.122±0.002　(2)A　E (3)如圖所示 (4)管線長度L　－ 5．在“測定金屬的電阻率”的實驗中，需要用刻度尺測出待測金屬絲的長度l，用螺旋測微器測出金屬絲的直徑d，用電流表和電壓表測出金屬絲的電阻Rx. 圖10 (1)請寫出計算金屬絲電阻率的表達式ρ＝__________(用上述測量的字母表示)．

29、 (2)若實驗中測量金屬絲的長度和直徑時，刻度尺和螺旋測微器的示數(shù)分別如圖10所示，則金屬絲長度的測量值為l＝_____cm，金屬絲直徑的測量值為d＝_____mm. (3)用電流表和電壓表測金屬絲的電阻時，由于電壓表、電流表內(nèi)阻的影響，不論使用電流表內(nèi)接法還是電流表外接法，都會產(chǎn)生系統(tǒng)誤差．按如圖11所示的電路進行測量，可以消除由于電表內(nèi)阻造成的系統(tǒng)誤差． 圖11 利用該電路進行實驗的主要操作過程是： 第一步：先將R2的滑片調(diào)到最左端，單刀雙擲開關S2擲向1閉合，閉合開關S1，調(diào)節(jié)滑動變阻器R1和R2，使電壓表和電流表的示數(shù)盡量大些(不超過量程)，讀出此時電壓表和電流表的示數(shù)U1、I1. 第二步：保持兩滑動變阻器的滑片位置不變，將單刀雙擲開關S2擲向2閉合，讀出此時電壓表和電流表的示數(shù)U2、I2. 請寫出由以上記錄數(shù)據(jù)計算被測電阻Rx的表達式Rx＝______________. 答案　(1)　(2)36.50(36.48～36.52均可)　0．797(0.796～0.798均可)　(3)－ 16