高考物理創(chuàng)新案例(人教)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）

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歡迎進(jìn)入物理課堂 一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 掌握螺旋測(cè)微器的原理及讀數(shù)方法 2 掌握電流表 電壓表和滑動(dòng)變阻器的使用方法及電流表和電壓表的讀數(shù)方法 3 會(huì)用伏安法測(cè)電阻 并能測(cè)定金屬的電阻率 二 實(shí)驗(yàn)原理1 螺旋測(cè)微器的構(gòu)造原理及讀數(shù) 1 螺旋測(cè)微器的構(gòu)造 圖實(shí) 8 1 如圖實(shí) 8 1所示是常用的螺旋測(cè)微器 它的小砧A和固定刻度S固定在框架F上 旋鈕K 微調(diào)旋鈕K 和可動(dòng)刻度H 測(cè)微螺桿P連在一起 通過(guò)精密螺紋套在S上 2 螺旋測(cè)微器的原理測(cè)微螺桿P與固定刻度S之間的精密螺紋的螺距為0 5mm 即旋鈕K每旋轉(zhuǎn)一周 P前進(jìn)或后退0 5mm 而可動(dòng)刻度H上的刻度為50等份 每轉(zhuǎn)動(dòng)一小格 P前進(jìn)或后退0 01mm 即螺旋測(cè)微器的精確度為0 01mm 讀數(shù)時(shí)誤差出現(xiàn)在毫米的千分位上 因此 螺旋測(cè)微器又叫千分尺 3 讀數(shù) 測(cè)量時(shí)被測(cè)物體長(zhǎng)度的整數(shù)毫米數(shù)由固定刻度讀出 小數(shù)部分由可動(dòng)刻度讀出 測(cè)量值 mm 固定刻度數(shù) mm 注意半毫米刻度線是否露出 可動(dòng)刻度數(shù) 估讀一位 0 01 mm 2 伏安法測(cè)電阻 1 電流表的內(nèi)接法和外接法的比較 試觸法 如圖實(shí) 8 2所示 將電壓表分別接在a c和b c兩點(diǎn)間時(shí) 若電流表示數(shù)變化較大 說(shuō)明電壓表分流較大 應(yīng)選用內(nèi)接法 若電壓表示數(shù)變化較大 則選用外接法 圖實(shí) 8 2 三 實(shí)驗(yàn)器材被測(cè)金屬絲 螺旋測(cè)微器 毫米刻度尺 電池組 電流表 電壓表 滑動(dòng)變阻器 開關(guān) 導(dǎo)線若干 四 實(shí)驗(yàn)操作1 實(shí)驗(yàn)步驟 1 用螺旋測(cè)微器在被測(cè)金屬導(dǎo)線上的三個(gè)不同位置各測(cè)一次直徑 求出其平均值d 計(jì)算出導(dǎo)線的橫截面積S 2 按如圖實(shí) 8 3所示的原理電路圖連接好用伏安法測(cè)電阻的實(shí)驗(yàn)電路 圖實(shí) 8 3 3 用毫米刻度尺測(cè)量接入電路中的被測(cè)金屬導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度 反復(fù)測(cè)量3次 求出其平均值L 4 把滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)片調(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(rèn)無(wú)誤后 閉合開關(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 記入表格內(nèi) 斷開開關(guān)S 5 拆去實(shí)驗(yàn)線路 整理好實(shí)驗(yàn)器材 2 數(shù)據(jù)處理測(cè)量數(shù)據(jù)填入下表中 五 注意事項(xiàng)1 測(cè)量直徑應(yīng)在導(dǎo)線連入電路前進(jìn)行 測(cè)量金屬絲的長(zhǎng)度 應(yīng)該在連入電路之后在拉直的情況下進(jìn)行 2 本實(shí)驗(yàn)中被測(cè)金屬絲的電阻值較小 故須采用電流表外接法 3 開關(guān)S閉合前 滑動(dòng)變阻器的阻值要調(diào)至最大 4 電流不宜太大 電流表用0 0 6A量程 通電時(shí)間不宜太長(zhǎng) 5 實(shí)驗(yàn)連線時(shí) 應(yīng)先從電源的正極出發(fā) 依次將電源 開關(guān) 電流表 待測(cè)金屬絲 滑動(dòng)變阻器連成干路 然后再把電壓表并聯(lián)在待測(cè)金屬絲的兩端 六 誤差分析1 金屬絲的橫截面積是利用直徑計(jì)算而得 直徑的測(cè)量是產(chǎn)生誤差的主要來(lái)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(zhǎng)度測(cè)量 電流表和電壓表的讀數(shù)等會(huì)帶來(lái)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 例1 在 測(cè)定金屬的電阻率 的實(shí)驗(yàn)中 用螺旋測(cè)微器測(cè)量金屬絲直徑時(shí)的刻度位置如圖實(shí) 8 4所示 用米尺測(cè)出金屬絲的長(zhǎng)度L 金屬絲的電阻大約為5 先用伏安法測(cè)出金屬絲的電阻R 然后根據(jù)電阻定律計(jì)算出該金屬材料的電阻率 圖實(shí) 8 4 1 從圖中讀出金屬絲的直徑為 mm 2 為此取來(lái)兩節(jié)新的干電池 電鍵和若干導(dǎo)線及下列器材 A 電壓表0 3V 內(nèi)阻10k B 電壓表0 15V 內(nèi)阻50k C 電流表0 0 6A 內(nèi)阻0 05 D 電流表0 3A 內(nèi)阻0 01 E 滑動(dòng)變阻器 0 10 F 滑動(dòng)變阻器 0 100 要求較準(zhǔn)確地測(cè)出其阻值 電壓表應(yīng)選 電流表應(yīng)選 滑動(dòng)變阻器應(yīng)選 填序號(hào) 實(shí)驗(yàn)中某同學(xué)的實(shí)物接線如圖實(shí) 8 5所示 請(qǐng)指出該同學(xué)實(shí)物接線中的兩處明顯錯(cuò)誤 錯(cuò)誤1 錯(cuò)誤2 圖實(shí) 8 5 解析 1 從螺旋測(cè)微器的主尺上可以看出 半毫米刻度線已經(jīng)露出來(lái) 因此主尺上應(yīng)讀0 5mm 螺旋上正對(duì)第18個(gè)刻度線 可以估讀0 180mm 所以該金屬絲直徑應(yīng)為0 5mm 0 180mm 0 680mm 2 因?yàn)閮晒?jié)干電池的電動(dòng)勢(shì)是3V 用3V量程的電壓表A 因?yàn)榻饘俳z的電阻大約為5 如果把3V的電動(dòng)勢(shì)全加在金屬絲上 電流才是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5 為了減小實(shí)驗(yàn)誤差 應(yīng)選10 的滑動(dòng)變阻器E 答案 1 0 680 2 ACE 錯(cuò)誤1 導(dǎo)線連接在滑動(dòng)變阻器的滑片上錯(cuò)誤2 采用了電流表內(nèi)接法 例2 做測(cè)一金屬電阻絲的電阻Rx的實(shí)驗(yàn) 1 某實(shí)驗(yàn)小組要用 伏安法 測(cè)量電阻絲的電阻Rx 已知電壓表內(nèi)阻約3k 電流表內(nèi)阻約1 若采用圖實(shí) 8 6甲電路測(cè)量 則Rx的測(cè)量值比真實(shí)值 填 偏大 或 偏小 若Rx約為10 應(yīng)采用圖 選 甲 或 乙 的電路 誤差會(huì)比較小 圖實(shí) 8 6 2 若該實(shí)驗(yàn)小組實(shí)驗(yàn)時(shí) 某次測(cè)量時(shí)電壓表和電流表的示數(shù)如圖實(shí) 8 7所示 則電流表示數(shù)為 A 電壓表讀數(shù)為 V 圖實(shí) 8 7 3 該實(shí)驗(yàn)小組經(jīng)過(guò)討論 發(fā)現(xiàn)無(wú)論是用圖甲或圖乙測(cè)量 都不可避免產(chǎn)生由電表內(nèi)阻引起的系統(tǒng)測(cè)量誤差 于是該實(shí)驗(yàn)小組又設(shè)計(jì)了如圖實(shí) 8 8所示的實(shí)驗(yàn)方案 利用該方案測(cè)量的主要實(shí)驗(yàn)步驟如下 圖實(shí) 8 7 第一步 將電鍵S2接2 閉合電鍵S1 調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器RP和RW 使電表讀數(shù)接近滿量程 但不超過(guò)量程 記錄此時(shí)電壓表和電流表的示數(shù)為U1 I1 請(qǐng)你根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理為該實(shí)驗(yàn)小組寫出接下的第二步操作 并說(shuō)明需要記錄的數(shù)據(jù) 由以上記錄的數(shù)據(jù)計(jì)算出被測(cè)電阻Rx的表達(dá)式為Rx 簡(jiǎn)要分析此實(shí)驗(yàn)方案為何能避免電表內(nèi)阻引起的實(shí)驗(yàn)誤差 1 在 探究決定導(dǎo)線電阻的因素 的實(shí)驗(yàn)中 以下操作中錯(cuò)誤的是 A 用米尺測(cè)量金屬絲的全長(zhǎng) 且測(cè)量三次 算出其平均值 然后再將金屬絲接入電路中B 用螺旋測(cè)微器在金屬絲三個(gè)不同部位各測(cè)量一次直徑 算出其平均值C 用伏安法測(cè)電阻時(shí)采用電流表外接法 多次測(cè)量后算出平均值D 實(shí)驗(yàn)中應(yīng)保持金屬絲的溫度不變 解析 實(shí)驗(yàn)中應(yīng)測(cè)量出金屬絲接入電路中的有效長(zhǎng)度 而不是全長(zhǎng) 金屬絲的電阻很小 與電壓表內(nèi)阻相差很大 使金屬絲與電壓表并聯(lián) 電壓表對(duì)它分流作用很小 應(yīng)采用電流表外接法 故A操作錯(cuò)誤 答案 A 2 分別用圖實(shí) 8 9所示的 a b 兩種電路測(cè)量同一未知電阻的阻值 圖 a 中兩表的示數(shù)分別為3V 4mA 圖 b 中兩表的示數(shù)分別為4V 3 9mA 則待測(cè)電阻Rx的真實(shí)值為 A 略小于1k B 略小于750 C 略大于1k D 略大于750 圖實(shí) 8 9 答案 D 3 某小組的兩位同學(xué)采用 伏安法 測(cè)金屬絲的電阻的實(shí)驗(yàn)中 根據(jù)同一組數(shù)據(jù)進(jìn)行正確描點(diǎn)后 甲 乙兩位同學(xué)根據(jù)自己的理解各作出一條圖線 如圖實(shí) 8 10甲 乙所示 根據(jù)你對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解 你認(rèn)為 同學(xué)的圖線正確 根據(jù)你選擇的圖線算出該金屬絲的電阻為 保留兩位有效數(shù)字 圖實(shí) 8 10 答案 甲3 8 3 7 3 9均可 4 2010 福建高考 如圖實(shí) 8 11所示是一些準(zhǔn)備用來(lái)測(cè)量待測(cè)電阻Rx阻值的實(shí)驗(yàn)器材 器材及其規(guī)格列表如下 圖實(shí) 8 11 為了能正常進(jìn)行測(cè)量并盡可能減小測(cè)量誤差 實(shí)驗(yàn)要求測(cè)量時(shí)電表的讀數(shù)大于其量程的一半 而且調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器能使電表讀數(shù)有較明顯的變化 請(qǐng)用實(shí)線代替導(dǎo)線 在所給的實(shí)驗(yàn)器材中選擇若干合適的器材 連成滿足要求的測(cè)量Rx阻值的電路 解析 因?yàn)殡娫措妱?dòng)勢(shì)為9V 而待測(cè)電阻約為1000 所以不可能使量程為3 0A的電流表讀數(shù)超過(guò)量程的一半 故電流表舍棄不用 滑動(dòng)變阻器總阻值小于待測(cè)電阻阻值 只能采用分壓式電路接法 由于電壓表內(nèi)阻已知 故可將電壓表當(dāng)做 電流表 來(lái)使用 答案 連線如圖 5 某學(xué)習(xí)小組為測(cè)量一銅芯電線的電阻率 他們截取了一段電線 用米尺測(cè)出其長(zhǎng)度為L(zhǎng) 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 為提高測(cè)量的精度 該小組的人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 用Rx表示 的電阻 A 電源E 電動(dòng)勢(shì)為3 0V 內(nèi)阻不計(jì) B 電壓表V1 量程為0 3 0V 內(nèi)阻約為2k C 電壓表V2 量程為0 15 0V 內(nèi)阻約為6k D 電流表A1 量程為0 0 6A 內(nèi)阻約為1 E 電流表A2 量程為0 3 0A 內(nèi)阻約為0 1 F 滑動(dòng)變阻器R1 最大阻值10 額定電流2 0A G 滑動(dòng)變阻器R2 最大阻值1k 額定電流1 0A H 定值電阻R0 阻值為3 I 開關(guān)S一個(gè) 導(dǎo)線若干 1 如圖實(shí) 8 12是該實(shí)驗(yàn)小組用螺旋測(cè)微器對(duì)銅芯電線直徑的某次測(cè)量 其讀數(shù)是 mm 2 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)電路圖 并畫在下面的方框中 圖實(shí) 8 12 3 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) 4 某次測(cè)量時(shí) 電壓表示數(shù)為U 電流表示數(shù)為I 則該銅芯電線材料的電阻率的表達(dá)式為 解析 1 螺旋測(cè)微器讀數(shù)時(shí)要注意固定刻度上0 5刻度是否已露出 對(duì)可動(dòng)尺讀數(shù)時(shí)要注意估讀到小數(shù)點(diǎn)后第三位 單位為mm 讀數(shù)為0 700mm 2 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 如圖所示 6 在 測(cè)定金屬絲的電阻率 的實(shí)驗(yàn)中 某同學(xué)進(jìn)行了如下測(cè)量 1 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(zhǎng)度 測(cè)量3次 求出其平均值l 其中一次測(cè)量結(jié)果如圖實(shí) 8 13甲所示 金屬絲的另一端與刻度尺的零刻線對(duì)齊 圖中讀數(shù)為 cm 用螺旋測(cè)微器測(cè)量金屬絲的直徑 選不同的位置測(cè)量3次 求出其平均值d 其中一次測(cè)量結(jié)果如圖實(shí) 8 13乙所示 圖中讀數(shù)為 mm 圖實(shí) 8 13 2 采用如圖實(shí) 8 14所示的電路測(cè)量金屬絲的電阻 電阻的測(cè)量值比真實(shí)值 填 偏大 或 偏小 最后由公式 計(jì)算出金屬絲的電阻率 用直接測(cè)量的物理量表示 圖實(shí) 8 14 3 請(qǐng)你根據(jù)圖實(shí) 8 14所示電路圖在圖實(shí) 8 15中進(jìn)行實(shí)物連線 電流表選0 6A量程 電壓表選3V量程 圖實(shí) 8 15 3 實(shí)物連接如下圖所示 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全