2018版高中物理 第3章 恒定電流 第5節(jié) 實(shí)驗(yàn)：測(cè)定金屬的電阻率學(xué)案 魯科版選修3-1

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1、 第5節(jié)　實(shí)驗(yàn)：測(cè)定金屬的電阻率 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? (1)學(xué)會(huì)使用螺旋測(cè)微器及正確讀數(shù)． (2)學(xué)會(huì)用伏安法測(cè)電阻． (3)測(cè)定金屬的電阻率． 二、實(shí)驗(yàn)原理 1．用毫米刻度尺測(cè)一段金屬絲導(dǎo)線(xiàn)的長(zhǎng)度 l，用螺旋測(cè)微器測(cè)導(dǎo)線(xiàn)的直徑d，用伏安法測(cè)導(dǎo)線(xiàn)的電阻R，由R＝ρ，得ρ＝＝. 2．用伏安法測(cè)電阻，其原理為I＝，則R＝，即測(cè)出導(dǎo)體兩端的電壓和通過(guò)的電流，便可計(jì)算出導(dǎo)體的電阻．但在測(cè)量中通常有兩種方式，即電流表的內(nèi)接法與外接法． (1)電流表內(nèi)、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)＝Ux＋UA 電壓表分流 I測(cè)＝Ix＋I(xiàn)V

2、 電阻測(cè)量值 R測(cè)＝＝Rx＋RA>Rx 測(cè)量值大于真實(shí)值 R測(cè)＝＝，應(yīng)選用電流表內(nèi)接法； (ⅱ)若<，應(yīng)選用電流表外接法； (ⅲ)若＝，兩種方法均可． 3．螺旋測(cè)微器的原理及應(yīng)用 (1)結(jié)構(gòu)：如圖3-5-1所示，測(cè)砧A和固定刻度B固定在尺架C上，可動(dòng)刻度E、旋鈕D、微調(diào)旋鈕D′、測(cè)微螺桿F是連在一起的，通過(guò)精密螺紋套在B上

3、． 圖3-5-1 (2)測(cè)量原理： 螺旋測(cè)微器的螺距是0.5 mm，螺栓上可動(dòng)刻度一周為50格，當(dāng)螺栓每轉(zhuǎn)一周時(shí)，前進(jìn)(或后退)一個(gè)螺距0.5 mm.若螺栓每轉(zhuǎn)過(guò)1格，前進(jìn)(或后退)0.01 mm，因此螺旋測(cè)微器的精確度為0.01 mm. (3)操作與讀數(shù)： 使用螺旋測(cè)微器時(shí)，將被測(cè)物體放在小砧A和測(cè)微螺桿F之間，先使用粗調(diào)旋鈕D，在測(cè)微螺桿F快靠近被測(cè)物體時(shí)，改用微調(diào)旋鈕D′，聽(tīng)到咔咔聲音停止轉(zhuǎn)動(dòng)，并用止動(dòng)旋鈕止動(dòng)，然后讀數(shù)．讀數(shù)時(shí)，在固定刻度尺上讀出大于0.5 mm的部分，在可動(dòng)刻度上讀出不足0.5 mm的部分，讀可動(dòng)刻度示數(shù)時(shí)還要注意估讀一位數(shù)字． 螺旋測(cè)微器的讀數(shù)可用下

4、式表示：螺旋測(cè)微器的讀數(shù)＝固定尺上的讀數(shù)＋可動(dòng)尺上的讀數(shù)×精確度．如圖3-5-2所示，讀數(shù)為6.5 mm＋0.01×20.3 mm＝6.703 mm. 圖3-5-2 三、實(shí)驗(yàn)器材 被測(cè)金屬絲、米尺、螺旋測(cè)微器、電壓表、電流表、直流電源、開(kāi)關(guān)、滑動(dòng)變阻器和導(dǎo)線(xiàn)若干. 一、實(shí)驗(yàn)步驟 1．用螺旋測(cè)微器在導(dǎo)線(xiàn)的三個(gè)不同位置上各測(cè)一次，并記錄． 2．將金屬絲兩端固定在接線(xiàn)柱上懸空掛直，用毫米刻度尺測(cè)量接入電路的金屬絲長(zhǎng)度l(即有效長(zhǎng)度)，反復(fù)測(cè)量三次，并記錄． 3．依照?qǐng)D3-5-3中所示的電路圖用導(dǎo)線(xiàn)把器材連好，并把滑動(dòng)變阻器的阻值調(diào)至最大． 圖3-5-3 4．電路經(jīng)檢查無(wú)

5、誤后，閉合開(kāi)關(guān)S，改變滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)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；記入記錄表格內(nèi)，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S. 5．拆去實(shí)驗(yàn)線(xiàn)路，整理好實(shí)驗(yàn)器材． 二、數(shù)據(jù)處理 1．根據(jù)記錄結(jié)果，計(jì)算出金屬絲的直徑d和長(zhǎng)度l的平均值． 2．根據(jù)記錄的I、U值，計(jì)算出金屬絲的平均電阻值R. 3．將測(cè)得的R、l、d的值，代入電阻率計(jì)算公式ρ＝＝中，計(jì)算出金屬絲的電阻率． 三、誤差分析 1．直徑和長(zhǎng)度的測(cè)量造成偶然誤差，應(yīng)采取多次測(cè)量取平均值的方法減小誤差． 2．電壓表、電流表讀數(shù)造成偶然誤差．讀數(shù)時(shí)，視線(xiàn)垂直于表盤(pán)，可減小誤差． 3．測(cè)量電路中電壓表、電流表的接法對(duì)金屬絲電阻測(cè)量造成系

6、統(tǒng)誤差，由于電路采用電流表外接法，造成電阻的測(cè)量值偏小． 4．通過(guò)電流過(guò)大，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，使金屬絲發(fā)熱導(dǎo)致電阻率變大而引起誤差． 四、注意事項(xiàng) 1．導(dǎo)線(xiàn)的長(zhǎng)度是連入電路的導(dǎo)線(xiàn)的有效長(zhǎng)度(而不是金屬絲的總長(zhǎng)度)． 2．由于被測(cè)金屬導(dǎo)線(xiàn)的阻值較小，為了減小測(cè)量誤差，應(yīng)選用電流表外接法． 3．測(cè)電阻時(shí)，電流不宜過(guò)大，通電時(shí)間不宜太長(zhǎng)． 4．為準(zhǔn)確求出R的平均值，應(yīng)采用U-I圖象法求電阻． 實(shí)驗(yàn)探究1　實(shí)驗(yàn)器材的選擇 　某學(xué)習(xí)小組為測(cè)量一銅芯電線(xiàn)的電阻率，他們截取了一段電線(xiàn)，用米尺測(cè)出其長(zhǎng)度為l，用螺旋測(cè)微器測(cè)得其直徑為D，用多用電表測(cè)得其電阻值約為2 Ω，為提高測(cè)量的精度，該小組的人

7、員從下列器材中挑選了一些元件，設(shè)計(jì)了一個(gè)電路，重新測(cè)量這段導(dǎo)線(xiàn)(用Rx表示)的電阻． A．學(xué)生電源(直流電壓3 V) B．電壓表V1(量程為0～3.0 V，內(nèi)阻約為2 kΩ) C．電壓表V2(量程為0～15.0 V，內(nèi)阻約為6 kΩ) D．電流表A1(量程為0～0.6 A，內(nèi)阻約為1 Ω) E．電流表A2(量程為0～3.0 A，內(nèi)阻約為0.1 Ω) F．滑動(dòng)變阻器R1(最大阻值10 Ω，額定電流2.0 A) G．滑動(dòng)變阻器R2(最大阻值1 kΩ，額定電流0.5 A) H．定值電阻R0(阻值為3 Ω) I．開(kāi)關(guān)S一個(gè)，導(dǎo)線(xiàn)若干 (1)為提高實(shí)驗(yàn)的精確度，請(qǐng)你為該實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)電

8、路圖，并畫(huà)在方框中． (2)實(shí)驗(yàn)時(shí)電壓表選________，電流表選________，滑動(dòng)變阻器選________(只填代號(hào))． (3)某次測(cè)量時(shí)，電壓表示數(shù)為U，電流表示數(shù)為I，則該銅芯電線(xiàn)材料的電阻率的表達(dá)式為ρ＝________. 【解析】　(1)比較電壓表內(nèi)阻、電流表內(nèi)阻和待測(cè)電阻的大小關(guān)系，可得測(cè)量電路必須用電流表外接法，滑動(dòng)變阻器采用分壓式接法和限流式接法均可(限流式接法如圖所示)． (2)電源的電壓為3.0 V，考慮到電壓表的量程和精確度兩個(gè)因素，電壓表應(yīng)選V1；干路中電流的最大值Imax＝＝ A＝0.6 A，電流表應(yīng)選A1；考慮到實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，滑動(dòng)變阻器阻值越小

9、越便于調(diào)節(jié)，故滑動(dòng)變阻器應(yīng)選R1. (3)由R＝＝ρ＝ρ·得：ρ＝. 【答案】　(1)見(jiàn)解析　(2)B　D　F　(3) 實(shí)驗(yàn)探究2　對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的考查 　實(shí)驗(yàn)室購(gòu)買(mǎi)了一捆標(biāo)稱(chēng)長(zhǎng)度為100 m的銅導(dǎo)線(xiàn)，某同學(xué)想通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定其實(shí)際長(zhǎng)度．該同學(xué)首先測(cè)得導(dǎo)線(xiàn)橫截面積為1.0 mm2，查得銅的電阻率為1.7×10－8 Ω·m，再利用圖3-5-4甲所示電路測(cè)出銅導(dǎo)線(xiàn)的電阻Rx，從而確定導(dǎo)線(xiàn)的實(shí)際長(zhǎng)度． 圖3-5-4 可供使用的器材有： 電流表：量程0.6 A，內(nèi)阻約0.2 Ω 電壓表：量程3 V，內(nèi)阻約9 kΩ 滑動(dòng)變阻器R1：最大阻值5 Ω 滑動(dòng)變阻器R2：最大阻值20 Ω

10、定值電阻：R0＝3 Ω 電源：提供6 V電壓 開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線(xiàn)若干． 回答下列問(wèn)題： (1)實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器應(yīng)選________(填“R1”或“R2”)，閉合開(kāi)關(guān)S前應(yīng)將滑片移至________端(填“a”或“b”)． (2)在實(shí)物圖中，已正確連接了部分導(dǎo)線(xiàn)，請(qǐng)根據(jù)圖3-5-5甲電路完成剩余部分的連接． 圖3-5-5 (3)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，當(dāng)電流表的讀數(shù)為0.50 A時(shí)，電壓表示數(shù)如圖乙所示，讀數(shù)為_(kāi)_______V. (4)導(dǎo)線(xiàn)實(shí)際長(zhǎng)度為_(kāi)_______m(保留2位有效數(shù)字)． 【解析】　(1)根據(jù)R＝ρ，得銅導(dǎo)線(xiàn)的阻值約為Rx＝1.7 Ω，即Rx＋R0＝4.7 Ω.實(shí)驗(yàn)中的滑動(dòng)變阻器若選R1，則當(dāng)滑動(dòng)變阻器滑片移至a端時(shí)，電壓表的示數(shù)約為3 V，若滑動(dòng)變阻器滑片向右移動(dòng)，電壓表示數(shù)變大，超過(guò)電壓表量程，故實(shí)驗(yàn)中的滑動(dòng)變阻器應(yīng)選R2.閉合開(kāi)關(guān)S前應(yīng)使電路中的電阻最大，故滑動(dòng)變阻器滑片應(yīng)移至a端． (2)連線(xiàn)如圖所示 (3)電壓表的示數(shù)為2.30 V. (4)根據(jù)歐姆定律，銅導(dǎo)線(xiàn)與R0的串聯(lián)電阻R＝＝ Ω＝4.6 Ω，所以銅導(dǎo)線(xiàn)的電阻Rx＝R－R0＝1.6 Ω. 根據(jù)Rx＝ρ得導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)度l＝＝ m≈94 m. 【答案】　(1)R2　a　(2)如圖所示　(3)2.30(2.29～2.31均正確)　(4)94(93～95均正確) 6