(通用版)2021版高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第8章 恒定電流 實(shí)驗(yàn)8 測(cè)定金屬的電阻率(同時(shí)練習(xí)使用螺旋測(cè)微器)教學(xué)案

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1、實(shí)驗(yàn)八測(cè)定金屬的電阻率(同時(shí)練習(xí)使用螺旋測(cè)微器)1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)掌握電流表、電壓表和滑動(dòng)變阻器的使用方法。(2)掌握螺旋測(cè)微器的使用方法和讀數(shù)方法。(3)學(xué)會(huì)利用伏安法測(cè)電阻,進(jìn)一步測(cè)出金屬絲的電阻率。2實(shí)驗(yàn)原理由R得,因此,只要測(cè)出金屬絲的長度l、橫截面積S和金屬絲的電阻R,即可求出金屬絲的電阻率。測(cè)金屬電阻的電路圖和實(shí)物圖如圖甲、乙所示。甲乙3實(shí)驗(yàn)器材被測(cè)金屬絲,直流電源(4 V),電流表(00.6 A),電壓表(03 V),滑動(dòng)變阻器(050 ),開關(guān),導(dǎo)線若干,螺旋測(cè)微器,毫米刻度尺。部分器材用途電流表、電壓表伏安法測(cè)電阻螺旋測(cè)微器測(cè)量金屬絲的直徑,由于測(cè)量直徑時(shí)帶來的誤差更明顯一些,

2、因此用精確度更高的器材測(cè)量毫米刻度尺測(cè)量金屬絲的有效長度4實(shí)驗(yàn)步驟(1)用螺旋測(cè)微器在被測(cè)金屬絲上的三個(gè)不同位置各測(cè)一次直徑,求出其平均值d。(2)連接好用伏安法測(cè)電阻的實(shí)驗(yàn)電路。(3)用毫米刻度尺測(cè)量接入電路中的被測(cè)金屬絲的有效長度,反復(fù)測(cè)量三次,求出其平均值l。(4)把滑動(dòng)變阻器的滑片調(diào)節(jié)到使其接入電路中的電阻值最大的位置。(5)閉合開關(guān),改變滑動(dòng)變阻器滑片的位置,讀出幾組相應(yīng)的電流表、電壓表的示數(shù)I和U的值,填入記錄表格內(nèi)。(6)將測(cè)得的Rx、l、d值,代入公式R和S中,計(jì)算出金屬絲的電阻率。5數(shù)據(jù)處理(1)在求Rx的平均值時(shí)可用兩種方法用Rx分別算出各次的數(shù)值,再取平均值。用UI圖線的

3、斜率求出。(2)計(jì)算電阻率將記錄的數(shù)據(jù)Rx、l、d的值代入電阻率計(jì)算公式Rx。6誤差分析(1)金屬絲的橫截面積是利用直徑計(jì)算而得,金屬絲直徑的測(cè)量是產(chǎn)生誤差的主要來源之一。(2)采用伏安法測(cè)量金屬絲的電阻時(shí),由于采用的是電流表外接法,測(cè)量值小于真實(shí)值,使電阻率的測(cè)量值偏小。(3)金屬絲的長度測(cè)量、電流表和電壓表的讀數(shù)等會(huì)帶來偶然誤差。(4)由于金屬絲通電后發(fā)熱升溫,會(huì)使金屬絲的電阻率變大,造成測(cè)量誤差。7注意事項(xiàng)(1)先測(cè)直徑,再連電路:為了方便,測(cè)量直徑時(shí)應(yīng)在金屬絲連入電路之前測(cè)量。(2)電流表外接法:本實(shí)驗(yàn)中被測(cè)金屬絲的阻值較小,故采用電流表外接法。(3)電流控制:電流不宜過大,通電時(shí)間不

4、宜過長,以免金屬絲溫度過高,導(dǎo)致電阻率在實(shí)驗(yàn)過程中變大。 測(cè)量儀器、儀表的讀數(shù)1游標(biāo)卡尺(1)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)主尺讀數(shù)游標(biāo)尺讀數(shù)。(2)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)方法:“三看”第一看精確度第二看游標(biāo)尺上的0刻度線位置,區(qū)分零刻度與標(biāo)尺最前端(如圖所示)第三看游標(biāo)尺的哪條(第N條)刻度線與主尺上的刻度線對(duì)齊2螺旋測(cè)微器螺旋測(cè)微器讀數(shù)固定刻度部分讀數(shù)(mm)可動(dòng)刻度部分讀數(shù)精確度(mm)。注意估讀,以及半刻度線是否已露出。3電壓表和電流表(1)03 V的電壓表和03 A的電流表讀數(shù)方法相同,此量程下的精確度是0.1 V或0.1 A,看清楚指針的實(shí)際位置,讀到小數(shù)點(diǎn)后面兩位。(2)對(duì)于015 V量程的電壓表,精確

5、度是0.5 V,在讀數(shù)時(shí)只要求讀到小數(shù)點(diǎn)后面一位,即讀到0.1 V。(3)對(duì)于00.6 A量程的電流表,精確度是0.02 A,在讀數(shù)時(shí)只要求讀到小數(shù)點(diǎn)后面兩位,這時(shí)要求“半格估讀”,即讀到最小刻度的一半0.01 A。題組訓(xùn)練1(2019??谑懈呷M)某同學(xué)利用游標(biāo)卡尺和螺旋測(cè)微器分別測(cè)量一圓柱體工件的直徑和高度,測(cè)量結(jié)果如圖甲和乙所示。該工件的直徑為_cm,高度為_mm。甲乙解析游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為1.2 cm,游標(biāo)尺上第4個(gè)刻度線和主尺上某一刻度線對(duì)齊,所以游標(biāo)尺讀數(shù)為40.05 mm0.20 mm0.020 cm,所以最終讀數(shù)為:1.2 cm0.020 cm1.220 cm。螺旋測(cè)微器的

6、固定刻度為6.5 mm,可動(dòng)刻度為36.00.01 mm0.360 mm,所以最終讀數(shù)為6.5 mm0.360 mm6.860 mm。答案1.2206.860(6.8586.862均正確)2(1)如圖甲所示的電表使用0.6 A量程時(shí),對(duì)應(yīng)刻度盤上每一小格代表_A,圖中表針示數(shù)為_A;當(dāng)使用3 A量程時(shí),對(duì)應(yīng)刻度盤中每一小格代表_A,圖中表針示數(shù)為_A。甲乙(2)如圖乙所示的電表使用較小量程時(shí),每小格表示_V,圖中表針的示數(shù)為_V。若使用的是較大量程,則這時(shí)表盤刻度每小格表示_V,圖中表針示數(shù)為_V。丙(3)旋鈕式電阻箱如圖丙所示,電流從接線柱A流入,從B流出,則接入電路的電阻為_,今欲將接入電

7、路的電阻改為2 087 ,最簡單的操作方法是_。若用兩個(gè)這樣的電阻箱,即可得到的電阻值范圍為_。解析(1)使用0.6 A量程時(shí),刻度盤上的每一小格為0.02 A,表針示數(shù)為0.44 A;當(dāng)使用3 A量程時(shí),每一小格為0.1 A,表針示數(shù)為2.20 A。(2)電壓表使用3 V量程時(shí),每小格表示0.1 V,表針示數(shù)為1.70 V;使用15 V量程時(shí),每小格表示0.5 V,表針示數(shù)為8.5 V。(3)接入電路的電阻為1 987 ,最簡單的操作方法是將“1 k”旋鈕調(diào)到2,再將“100”旋鈕調(diào)到0。每個(gè)電阻箱的最大阻值是9 999 ,用這樣的兩個(gè)電阻箱串聯(lián)可得到的最大電阻是29 999 19 998

8、。故用兩個(gè)這樣的電阻箱,可得到的電阻值范圍為019 998 。答案(1)0.020.440.12.20(2)0.11.700.58.5(3)1 987將“1 k”旋鈕調(diào)到2,再將“100”旋鈕調(diào)到0019 998 實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計(jì)和器材選擇1電流表的內(nèi)接法和外接法的比較內(nèi)接法外接法電路圖誤差原因電流表分壓U測(cè)UxUA電壓表分流I測(cè)IxIV電阻測(cè)量值R測(cè)RxRARx,測(cè)量值大于真實(shí)值R測(cè),電壓表的分流作用較顯著,故Rx1更接近待測(cè)電阻的真實(shí)值。圖(a)的測(cè)量值是Rx與RA串聯(lián)的電阻阻值,故Rx1Rx真;圖(b)的測(cè)量值是Rx與RV并聯(lián)的電阻阻值,故Rx2”“”或“”)。表1U(V)I(A)接線端P接

9、a1.840.15接線端P接b2.400.15表2U(V)I(A)接線端P接a2.560.22接線端P接b3.000.20(2)另一同學(xué)找來一恒壓電源,按圖3的電路先后將接線端P分別接a處和b處,測(cè)得相關(guān)數(shù)據(jù)如表2所示,該同學(xué)利用該數(shù)據(jù)可算出Rx的真實(shí)值為_。解析(1)由題圖所示螺旋測(cè)微器可知,螺旋測(cè)微器示數(shù)為1.5 mm20.40.01 mm1.704 mm。由表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知,電壓表接a、b兩點(diǎn)時(shí),電流表示數(shù)不變,電壓表示數(shù)變化較大,說明電壓表內(nèi)阻很大,電壓表分流很小,幾乎為零,電流表分壓較大,電流表應(yīng)采用外接法,電壓表應(yīng)接a點(diǎn),金屬絲電阻Rx測(cè) 12 ;電流表采用外接法,由于電壓表分流作

10、用,電流表的測(cè)量值大于真實(shí)值,由歐姆定律可知,金屬絲電阻測(cè)量值小于真實(shí)值。(2)由表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)知,RA,則RxRA13 。答案(1)1.704電壓表內(nèi)阻遠(yuǎn)大于金屬絲電阻,電壓表分流幾乎為零12(2)132小張同學(xué)打算測(cè)量由某種合金材料制成的金屬絲的電阻率,待測(cè)金屬絲的橫截面為圓形。實(shí)驗(yàn)器材有:毫米刻度尺、螺旋測(cè)微器、電壓表(內(nèi)阻約幾千歐)、電流表(內(nèi)阻約幾歐)、滑動(dòng)變阻器、電源、開關(guān)、待測(cè)金屬絲及導(dǎo)線若干。(1)用毫米刻度尺測(cè)量待測(cè)金屬絲的長度,用螺旋測(cè)微器測(cè)量其直徑,結(jié)果分別如圖1和圖2所示,可得其長度L_cm,直徑D_mm。圖1圖2(2)該同學(xué)要用圖象法求出待測(cè)金屬絲的阻值,要求電壓從0開

11、始變化。請(qǐng)將圖3所示實(shí)物電路圖中所缺導(dǎo)線補(bǔ)全。圖3圖4(3)圖4是根據(jù)實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的6組電流I、電壓U的值描繪的點(diǎn),由圖可求出電阻值R_(保留3位有效數(shù)字)。(4)請(qǐng)寫出待測(cè)金屬絲的電阻率的表達(dá)式_(用測(cè)得的物理量符號(hào)和已知常數(shù)表示)。解析(1)待測(cè)金屬絲長度測(cè)量值為59.40 cm;螺旋測(cè)微器的讀數(shù)為043.40.01 mm0.434 mm,即待測(cè)金屬絲直徑測(cè)量值為0.434 mm。(2)要求電壓從0開始變化,故滑動(dòng)變阻器采用分壓接法;待測(cè)金屬絲電阻較小,電流表采用外接法。實(shí)物電路圖連接如圖甲所示。甲乙(3)在題圖4中用直線擬合各數(shù)據(jù)點(diǎn),使直線通過盡量多的點(diǎn),其他點(diǎn)均勻分布在直線兩側(cè),舍棄離直

12、線較遠(yuǎn)的點(diǎn),如圖乙所示,直線的斜率表示待測(cè)金屬絲的電阻,根據(jù)所畫直線可得R5.80 。(4)由電阻定律可知,R,S,解得:。答案(1)59.400.434(0.4330.435均可)(2)見解析圖甲(3)5.80(5.705.90均可)(4) 實(shí)驗(yàn)拓展與創(chuàng)新用“替代法”測(cè)電阻1實(shí)驗(yàn)原理(如圖)2實(shí)驗(yàn)步驟S先與2相接,記錄的示數(shù),再與1相接,調(diào)節(jié)R值使示數(shù)與原值相等,則RxR。典例示法電流表A1的量程為0200 A,內(nèi)阻約為500 ,現(xiàn)要準(zhǔn)確測(cè)量其內(nèi)阻,除若干開關(guān)、導(dǎo)線之外還有器材如下:電流表A2:與A1規(guī)格相同滑動(dòng)變阻器R1:阻值為020 電阻箱R2:阻值為09 999 保護(hù)電阻R3:阻值約為

13、3 k電源:電動(dòng)勢(shì)E約為1.5 V、內(nèi)阻r約為2 (1)如圖所示,某同學(xué)想用等效法測(cè)量電流表內(nèi)阻,設(shè)計(jì)了部分測(cè)量電路,在此基礎(chǔ)上請(qǐng)你將滑動(dòng)變阻器接入電路中,使實(shí)驗(yàn)可以完成。(2)電路補(bǔ)充完整后,請(qǐng)你完善以下測(cè)量電流表A1內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)步驟。a先將滑動(dòng)變阻器R1的滑片移到使電路安全的位置,再把電阻箱R2的阻值調(diào)到_。(選填“最大”或“最小”)b閉合開關(guān)S、S1,調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R1,使兩電流表接近滿偏,記錄電流表A2的示數(shù)I。c保持S閉合、滑動(dòng)變阻器R1的滑片位置不變,斷開S1,再閉合S2,調(diào)節(jié)R2,使電流表A2的示數(shù)_,讀出此時(shí)電阻箱的阻值R0,則電流表A1內(nèi)阻r1_。解析(1)滑動(dòng)變阻器的最大阻值

14、遠(yuǎn)小于待測(cè)電流表內(nèi)阻,因此必須采用分壓式接法,電路圖如圖所示。(2)a.實(shí)驗(yàn)前電阻箱R2應(yīng)該調(diào)節(jié)到最大,以保證兩電表安全;c.讓電流表A2示數(shù)不變,可直接從電阻箱R2的讀數(shù)得到電流表A1的內(nèi)阻r1。答案(1)見解析圖(2)a.最大c再次為I(或仍為I)R0用“半偏法”測(cè)量電阻1利用電流表半偏測(cè)電流表的內(nèi)阻(1)實(shí)驗(yàn)原理(如圖)(2)實(shí)驗(yàn)步驟R1調(diào)至阻值最大,閉合S1,調(diào)R1的阻值使示數(shù)達(dá)到滿偏值。保持R1阻值不變,閉合S2,調(diào)節(jié)R2使示數(shù)達(dá)到滿偏值一半,同時(shí)記錄R2的值。RAR2。2利用電壓表半偏測(cè)電壓表的內(nèi)阻(1)實(shí)驗(yàn)原理(如圖)(2)如圖所示,測(cè)量電壓表的內(nèi)阻,操作步驟如下:滑動(dòng)變阻器的滑

15、片滑至最右端,電阻箱的阻值調(diào)到最大;閉合S1、S2,調(diào)節(jié)R0,使表示數(shù)指到滿偏刻度;斷開S2,保持R0不變,調(diào)節(jié)R,使表指針指到滿刻度的一半;由上可得RVR。典例示法(2016全國卷)某同學(xué)利用圖(a)所示電路測(cè)量量程為2.5 V的電壓表的內(nèi)阻(內(nèi)阻為數(shù)千歐姆),可供選擇的器材有:電阻箱R(最大阻值99 999.9 ),滑動(dòng)變阻器R1(最大阻值50 ),滑動(dòng)變阻器R2(最大阻值5 k),直流電源E(電動(dòng)勢(shì)3 V),開關(guān)1個(gè),導(dǎo)線若干。圖(a)實(shí)驗(yàn)步驟如下:按電路原理圖(a)連接線路;將電阻箱阻值調(diào)節(jié)為0,將滑動(dòng)變阻器的滑片移到與圖(a)中最左端所對(duì)應(yīng)的位置,閉合開關(guān)S;調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器,使電壓表

16、滿偏;保持滑動(dòng)變阻器滑片的位置不變,調(diào)節(jié)電阻箱阻值,使電壓表的示數(shù)為2.00 V,記下電阻箱的阻值?;卮鹣铝袉栴}:(1)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)選擇滑動(dòng)變阻器_(選填“R1”或“R2”)。(2)根據(jù)圖(a)所示電路將圖(b)中實(shí)物圖連線。圖(b)(3)實(shí)驗(yàn)步驟中記錄的電阻箱阻值為630.0 ,若認(rèn)為調(diào)節(jié)電阻箱時(shí)滑動(dòng)變阻器上的分壓不變,計(jì)算可得電壓表的內(nèi)阻為_(結(jié)果保留到個(gè)位)。(4)如果此電壓表是由一個(gè)表頭和電阻串聯(lián)構(gòu)成的,可推斷該表頭的滿刻度電流為_(填正確答案標(biāo)號(hào))。A100 AB250 AC500 AD1 mA解析(1)本實(shí)驗(yàn)測(cè)電壓表的內(nèi)阻,實(shí)驗(yàn)中電壓表示數(shù)變化不大,則接入電阻箱后電路的總電阻變化不大,

17、故需要滑動(dòng)變阻器的最大阻值較小,故選R1可減小實(shí)驗(yàn)誤差。(2)滑動(dòng)變阻器為分壓式,連接實(shí)物電路如圖所示。(3)電壓表和電阻箱串聯(lián),兩端電壓分別為2.00 V和0.50 V,則RV4R2 520 。(4)電壓表的滿偏電流Ig A1 mA,故選項(xiàng)D正確。答案(1)R1(2)見解析圖(3)2 520(4)D用“差值法”測(cè)電阻1電流表差值法(1)原理:如圖所示,將電流表與定值電阻R0并聯(lián)再與電流表串聯(lián),根據(jù)I1r1(I2I1)R0,求出內(nèi)阻r1。(2)條件:電流表的量程小于電流表的量程。R0已知。(3)結(jié)果:r1或R0(用于r1已知,測(cè)量R0)。2電壓表差值法(1)原理:如圖所示,將電壓表與定值電阻R

18、0串聯(lián)再與電壓表并聯(lián),根據(jù)U2U1R0,求出電壓表的內(nèi)阻。(2)條件:電流表的量程大于電流表的量程。R0已知。(3)結(jié)果:r1R0或R0r1(用于r1已知,測(cè)量R0)。典例示法(2018全國卷)一課外實(shí)驗(yàn)小組用如圖所示的電路測(cè)量某待測(cè)電阻Rx的阻值,圖中R0為標(biāo)準(zhǔn)定值電阻(R020.0 );可視為理想電壓表;S1為單刀開關(guān),S2為單刀雙擲開關(guān);E為電源;R為滑動(dòng)變阻器。采用如下步驟完成實(shí)驗(yàn):(1)按照實(shí)驗(yàn)原理線路圖(a),將圖(b)中實(shí)物連線;圖(a)圖(b)(2)將滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)端置于適當(dāng)?shù)奈恢?,閉合S1;(3)將開關(guān)S2擲于1端,改變滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)端的位置,記下此時(shí)電壓表的示數(shù)U1;然后將

19、S2擲于2端,記下此時(shí)電壓表的示數(shù)U2;(4)待測(cè)電阻阻值的表達(dá)式Rx_(用R0、U1、U2表示);(5)重復(fù)步驟(3),得到如下數(shù)據(jù):12345U1/V0.250.300.360.400.44U2/V0.861.031.221.361.493.443.433.393.403.39(6)利用上述5次測(cè)量所得的平均值,求得Rx_。(保留1位小數(shù))解析(1)依電路圖連接實(shí)物圖如圖。(4)由于電壓表可視為理想電壓表且滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)端的位移不變時(shí),通過R0和Rx電流不變,因此有,待測(cè)電阻阻值的表達(dá)式RxR0。(6)將數(shù)據(jù)代入RxR0,求平均值得Rx48.2 。答案(1)見解析圖(4)R0(6)48.2

20、電橋法測(cè)電阻電橋法是測(cè)量電阻的一種特殊方法,其測(cè)量原理電路如圖所示,實(shí)驗(yàn)中調(diào)節(jié)電阻箱R3,當(dāng)A、B兩點(diǎn)的電勢(shì)相等時(shí),R1和R3兩端的電壓相等,設(shè)為U1。同時(shí)R2和Rx兩端的電壓也相等,設(shè)為U2,根據(jù)歐姆定律有,由以上兩式解得R1RxR2R3,這就是電橋平衡的條件,由該平衡條件可求出被測(cè)電阻Rx的阻值。在上面的電路中:(1)當(dāng)時(shí),UAB0,IG0。(2)當(dāng)0,IG0,且方向:AB。(3)當(dāng)時(shí),UAB0,IG0,且方向BA。典例示法(2017全國卷)某同學(xué)利用如圖(a)所示的電路測(cè)量一微安表(量程為100 A,內(nèi)阻大約為2 500 )的內(nèi)阻??墒褂玫钠鞑挠校簝蓚€(gè)滑動(dòng)變阻器R1、R2(其中一個(gè)阻值為

21、20 ,另一個(gè)阻值為2 000 );電阻箱RZ(最大阻值為99 999.9 );電源E(電動(dòng)勢(shì)約為1.5 V);單刀開關(guān)S1和S2。C、D分別為兩個(gè)滑動(dòng)變阻器的滑片。圖(a)(1)按原理圖(a)將圖(b)中的實(shí)物連線。圖(b)(2)完成下列填空:R1的阻值為_(選填“20”或“2 000”)。為了保護(hù)微安表,開始時(shí)將R1的滑片C滑到接近圖(a)中滑動(dòng)變阻器的_端(選填“左”或“右”)對(duì)應(yīng)的位置;將R2的滑片D置于中間位置附近。將電阻箱RZ的阻值置于2 500.0 ,接通S1。將R1的滑片置于適當(dāng)位置,再反復(fù)調(diào)節(jié)R2的滑片D的位置。最終使得接通S2前后,微安表的示數(shù)保持不變,這說明S2接通前B與

22、D所在位置的電勢(shì)_(選填“相等”或“不相等”)。將電阻箱RZ和微安表位置對(duì)調(diào),其他條件保持不變,發(fā)現(xiàn)將RZ的阻值置于2 601.0 時(shí),在接通S2前后,微安表的示數(shù)也保持不變。待測(cè)微安表的內(nèi)阻為_(結(jié)果保留到個(gè)位)。(3)寫出一條提高測(cè)量微安表內(nèi)阻精度的建議:_。解析(1)實(shí)物連線如圖所示。(2)R1起分壓作用,應(yīng)選用最大阻值較小的滑動(dòng)變阻器,即R1的電阻為20 ;為了保護(hù)微安表,閉合開關(guān)前,滑動(dòng)變阻器R1的滑片C應(yīng)移到左端,確保微安表兩端電壓為零;反復(fù)調(diào)節(jié)D的位置,使閉合S2前后微安表的示數(shù)不變,說明閉合后S2中沒有電流通過,B、D兩點(diǎn)電勢(shì)相等;將電阻箱RZ和微安表位置對(duì)調(diào),其他條件保持不變,發(fā)現(xiàn)將RZ的阻值置于2 601.0 時(shí),在接通S2前后,微安表的示數(shù)也保持不變。說明,解得RA2 550 。(3)要提高測(cè)量微安表內(nèi)阻的精度,可調(diào)節(jié)R1上的分壓,盡可能使微安表接近滿量程。答案(1)見解析圖(2)20左相等2 550(3)調(diào)節(jié)R1上的分壓,盡可能使微安表接近滿量程16

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