高考物理一輪復習 第7章 恒定電流 實驗7 測定金屬的電阻率課件.ppt

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實驗七測定金屬的電阻率 同時練習使用螺旋測微器 一 螺旋測微器1 構造 如圖1所示是常用的螺旋測微器 它的測砧A和固定刻度B固定在尺架C上 旋鈕D 微調(diào)旋鈕D 和可動刻度E 測微螺桿F連在一起 通過精密螺紋套在B上 圖1 2 原理 測微螺桿F與固定刻度B之間的精密螺紋的螺距為0 5mm 即旋鈕D每旋轉(zhuǎn)一周 F前進或后退0 5mm 而可動刻度E上的刻度為50等份 每轉(zhuǎn)動一小格 F前進或后退0 01mm 即螺旋測微器的精確度為0 01mm 讀數(shù)時誤差出現(xiàn)在毫米的千分位上 因此 螺旋測微器又叫千分尺 3 讀數(shù) 測量時被測物體長度的整毫米數(shù)由固定刻度讀出 小數(shù)部分由可動刻度讀出 測量值 mm 固定刻度數(shù) mm 注意半毫米刻度線是否露出 可動刻度數(shù) 估讀一位 0 01 mm 螺旋測微器需要估讀最后一位數(shù)字為估計數(shù)字 讀數(shù)和記數(shù)時估計位為有效數(shù)字的最后一位 例如如圖2所示 固定刻度示數(shù)為2 0mm 不足半毫米從可動刻度上讀的示數(shù)為15 0 最后的讀數(shù)為 2 0mm 15 0 0 01mm 2 150mm 圖2 二 游標卡尺1 構造 如圖3所示 主尺 游標尺 主尺和游標尺上各有一個內(nèi)外測量爪 游標尺上還有一個深度尺 尺身上還有一個緊固螺釘 圖3 2 用途 測量厚度 長度 深度 內(nèi)徑 外徑 3 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 常見的游標卡尺的游標尺上小等分刻度有10個的 20個的 50個的 其讀數(shù)見下表 4 讀數(shù) 若用x表示由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線對齊的游標的格數(shù) 則記錄結(jié)果表達為 x K 精確度 mm 三 測定金屬的電阻率 注意事項1 先測直徑 再連電路 為了方便 測量直徑時應在金屬絲連入電路之前測量 2 電流表外接法 本實驗中被測金屬絲的阻值較小 故采用電流表外接法 3 電流控制 電流不宜過大 通電時間不宜過長 以免金屬絲溫度過高 導致電阻率在實驗過程中變大 誤差分析 熱點一測量儀器 儀表的讀數(shù) 例1 2015 海南單科 11 某同學利用游標卡尺和螺旋測微器分別測量一圓柱體工件的直徑和高度 測量結(jié)果如圖4 a 和 b 所示 該工件的直徑為 cm 高度為 mm 圖4 解析游標卡尺讀數(shù)為d 12mm 4 0 05mm 12 20mm 1 220cm螺旋測微器的讀數(shù)為h 6 5mm 36 0 0 01mm 6 860mm答案1 2206 860 反思總結(jié)游標卡尺的讀數(shù)技巧游標卡尺的讀數(shù)方法 三看 1 第一看 精確度例如 如圖5所示 圖5易錯讀成11mm 4 0 1mm 11 40mm正確的應為11 4mm 游標卡尺不需估讀 后面不能隨意加零 也不能隨意去零 例如 如圖6所示 圖6易錯讀成10mm 12 0 05mm 10 6mm 正確的應為10 60mm 2 第二看 游標尺上的0刻度線位置 區(qū)分零刻度與標尺最前端例如 如圖7所示 圖7 易錯讀成11mm 10 0 05mm 11 50mm正確讀數(shù)為14mm 10 0 05mm 14 50mm 3 第三看 游標尺的哪條 第K條 刻度線與主尺上的刻度線對齊 變式訓練 1 1 如圖8所示的兩把游標卡尺 它們的游標尺從左到右分別為9mm長10等分 19mm長20等分 它們的讀數(shù)依次 mm mm 圖8 2 使用螺旋測微器測量兩個金屬絲的直徑 示數(shù)如圖9所示 則甲 乙金屬絲的直徑分別為 mm mm 圖9 解析 1 圖8甲讀數(shù) 整毫米是17 不足1毫米數(shù)是7 0 1mm 0 7mm 最后結(jié)果是17mm 0 7mm 17 7mm 乙圖讀數(shù) 整毫米是23 不足1毫米數(shù)是17 0 05mm 0 85mm 最后結(jié)果是23mm 0 85mm 23 85mm 2 對圖9甲 固定刻度示數(shù)為2 0mm 不足半毫米的從可動刻度上讀的示數(shù)為15 0 最后的讀數(shù)為 2 0mm 15 0 0 01mm 2 150mm 對圖乙 金屬絲的直徑為4 8 0 01mm 0 048mm 答案 1 17 723 85 2 2 1500 048 熱點二電阻率的測量及實物連線 例2 2014 山東理綜 22 實驗室購買了一捆標稱長度為100m的銅導線 某同學想通過實驗測定其實際長度 該同學首先測得導線橫截面積為1 0mm2 查得銅的電阻率為1 7 10 8 m 再利用圖10甲所示電路測出銅導線的電阻Rx 從而確定導線的實際長度 圖10 可供使用的器材有 電流表 量程0 6A 內(nèi)阻約0 2 電壓表 量程3V 內(nèi)阻約9k 滑動變阻器R1 最大阻值5 滑動變阻器R2 最大阻值20 定值電阻 R0 3 電源 電動勢6V 內(nèi)阻可不計 開關 導線若干 回答下列問題 1 實驗中滑動變阻器應選 填 R1 或 R2 閉合開關S前應將滑片移至 端 填 a 或 b 2 在實物圖11中 已正確連接了部分導線 請根據(jù)圖10甲電路完成剩余部分的連接 圖11 3 調(diào)節(jié)滑動變阻器 當電流表的讀數(shù)為0 50A時 電壓表示數(shù)如圖乙所示 讀數(shù)為 V 4 導線實際長度為 m 保留兩位有效數(shù)字 解析 1 因控制電路是限流式接法 而測量電路總電阻在3 0 以上 為使測量電路有較大的調(diào)節(jié)范圍 滑動變阻器應選用總阻值較大的R2 為了保證開關閉合時電路的安全 應使滑動變阻器接入電路中的阻值最大 即開關閉合前滑片應置于a端 2 見答案圖 3 由于電壓表量程0 3V 分度值為0 1V 故讀數(shù)為2 30V 答案 1 R2a 2 如圖所示 3 2 30 2 29 2 31均正確 4 94 93 95均正確 方法提煉1 儀器選擇的一般步驟 1 首先選擇唯一性的器材 2 粗畫電路圖 暫不接電流表和電壓表 3 估算回路中電流和電壓的最大值 在電表的指針有較大幅度的偏轉(zhuǎn)但不超過其量程的情況下 結(jié)合已知器材的規(guī)格 確定實驗電路和實驗器材 2 實物圖連線的基本原則對限流式電路 一般是從電源的正極開始 把電源 開關 滑動變阻器以及測量電路順次連接起來即可 對分壓式電路 應先將電源 開關和滑動變阻器的全部電阻用導線連接起來 然后在滑動變阻器上金屬桿兩端的接線柱中任選一個 依據(jù)電路中電流的流向?qū)y量電路部分連接起來即可 變式訓練 2 要測量一段阻值大約為5 的均勻金屬絲的電阻率 除刻度尺 螺旋測微器 電源E 電動勢為3V 內(nèi)阻約為0 5 最大阻值為20 的滑動變阻器R 開關一只 導線若干外 還有電流表和電壓表各兩只供選擇 A1 量程1A 內(nèi)阻約為1 A2 量程0 6A 內(nèi)阻約為2 V1 量程3 0V 內(nèi)阻約為1000 V2 量程15V 內(nèi)阻約為3000 圖12圖13 1 用螺旋測微器測量金屬絲的直徑 如圖12所示 則金屬絲的直徑為 mm 2 為了使測量有盡可能高的精度 電流表應選 電壓表應選 3 實驗電路已經(jīng)畫出了一部分 如圖13所示 但尚未完整 請將該電路完整地連接好 Rx表示待測電阻 4 若用刻度尺測得金屬絲的長度為L 用螺旋測微器測得金屬絲的直徑為d 電流表的讀數(shù)為I 電壓表的讀數(shù)為U 則該金屬絲的電阻率表達式為 熱點三實驗的拓展與創(chuàng)新 電阻的測量方法 方法1伏安法測電阻伏安法測電阻是電學實驗的基礎 是高考考查的熱點 也是難點 它滲透在電學實驗的各個環(huán)節(jié)中 如測未知電阻 測電阻率 測各種電表內(nèi)阻等 本質(zhì)上都是伏安法測電阻在不同情景下的具體應用 主要涉及電壓表 電流表的選擇以及實物連線等 例3 某同學測量阻值約25k 的電阻Rx 現(xiàn)備有下列器材 A 電流表 量程100 A 內(nèi)阻約2k B 電流表 量程500 A 內(nèi)阻約300 C 電壓表 量程15V 內(nèi)阻約100k D 電壓表 量程50V 內(nèi)阻約500k E 直流電源 20V 允許最大電流1A F 滑動變阻器 最大阻值1k 額定功率1W G 開關和導線若干 1 電流表應選 電壓表應選 填器材代號 2 該同學正確選擇儀器后連接了如圖14所示電路 為保證實驗順利進行 并使測量誤差盡量減小 實驗前請你檢查該電路 指出電路在接線上存在的問題 圖14 答案 1 BC 2 電流表應采用內(nèi)接法 滑動變阻器應采用分壓式接法 方法2伏伏法測電阻 電壓表的靈活選用 已知內(nèi)阻的電壓表可做電流表使用 在缺少合適的電流表的情況下 常用電壓表代替電流表使用 這是設計電路中的高頻考點 例4 用以下器材可測量電阻Rx的阻值 待測電阻Rx 阻值約為600 電源E 電動勢約為6 0V 內(nèi)阻可忽略不計 電壓表V1 量程為0 500mV 內(nèi)阻r1 1000 電壓表V2 量程為0 6V 內(nèi)阻r2約為10k 電流表A 量程為0 0 6A 內(nèi)阻r3約為1 定值電阻R0 R0 60 滑動變阻器R 最大阻值為150 單刀單擲開關S一個 導線若干 2 若選擇測量數(shù)據(jù)中的一組來計算Rx 則由已知量和測量物理量計算Rx的表達式為Rx 式中各符號的意義是 所有物理量用題中代表符號表示 方法3安安法測電阻 電流表的靈活選用 已知內(nèi)阻的電流表可做電壓表使用 在缺少合適的電壓表的情況下 常用電流表代替電壓表使用 這是電學設計電路的高頻考點 例5 用伏安法測定一個待測電阻Rx的阻值 阻值約為200 實驗室提供如下器材 電池組E 電動勢3V 內(nèi)阻不計 電流表A1 量程0 15mA 內(nèi)阻約為100 電流表A2 量程0 300 A 內(nèi)阻約為1000 滑動變阻器R1 阻值范圍0 20 額定電流2A 電阻箱R2 阻值范圍0 9999 額定電流1A 開關S 導線若干 要求實驗中盡可能準確地測量Rx的阻值 請回答下列問題 1 為了測量待測電阻兩端的電壓 可以將電流表 填寫器材代號 與電阻箱串聯(lián) 并將電阻箱阻值調(diào)到 這樣可以改裝成一個量程為3 0V的電壓表 2 在圖15中畫完整測量Rx阻值的電路圖 并在圖中標明器材代號 圖15 3 調(diào)節(jié)滑動變阻器R1 兩表的示數(shù)如圖16所示 可讀出電流表A1的示數(shù)是 mA 電流表A2的示數(shù)是 A 測得待測電阻Rx的阻值是 本次測量存在一定的系統(tǒng)誤差 考慮這個原因測量值比真實值 填 偏大 或 偏小 圖16 答案 1 A29000 2 電路如圖 3 8 0150187 5 偏小 方法4半偏法測電表內(nèi)阻 1 半偏法近似測量電流表內(nèi)阻 方法一 如圖17所示 測量電流表的內(nèi)阻 操作步驟如下 圖17 將電阻箱R的電阻調(diào)到零 閉合S 調(diào)節(jié)R0 使表達到滿偏I0 由上可得RG R 方法二 如圖18所示 測量電流表的內(nèi)阻 操作步驟如下 圖18 斷開S2 閉合S1 調(diào)節(jié)R0 使表滿偏為I0 2 半偏法近似測量電壓表內(nèi)阻 方法一 如圖19所示 測量電壓表的內(nèi)阻 操作步驟如下 圖19 圖20 滑動變阻器的滑片滑至最右端 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RV R 例6 2015 新課標全國卷 23 電壓表滿偏時通過該表的電流是半偏時通過該表電流的兩倍 某同學利用這一事實測量電壓表的內(nèi)阻 半偏法 實驗室提供的器材如下 待測電壓表 量程3V 內(nèi)阻約為3000 電阻箱R0 最大阻值為99999 9 滑動變阻器R1 最大阻值100 額定電流2A 電源E 電動勢6V 內(nèi)阻不計 開關2個 導線若干 1 虛線框內(nèi)為該同學設計的測量電壓表內(nèi)阻的電路圖的一部分 將電路圖補充完整 2 根據(jù)設計的電路 寫出實驗步驟 3 將這種方法測出的電壓表內(nèi)阻記為RV 與電壓表內(nèi)阻的真實值RV相比 RV RV 填 或 主要理由是 解析 1 實驗電路圖如圖所示 2 移動滑動變阻器的滑片 以保證通電后電壓表所在支路分壓最小 閉合開關S1 S2 調(diào)節(jié)R1 使電壓表的指針滿偏 保持滑動變阻器滑片的位置不變 斷開S2 調(diào)節(jié)電阻箱R0使電壓表的指針半偏 讀取電阻箱的電阻值 此即為測得的電壓表內(nèi)阻 3 斷開S2 調(diào)節(jié)電阻箱R0使電壓表成半偏狀態(tài) 電壓表所在支路總電阻增大 分得的電壓也增大 此時R0兩端的電壓大于電壓表的半偏電壓 RV RV答案 1 見解析圖 2 見解析 3 理由見解析 方法5等效替代法如圖21所示 圖21 S接1 調(diào)節(jié)R2 讀出表示數(shù)為I S接2 R2不變 調(diào)節(jié)電阻箱R1 使表示數(shù)仍為I 由以上可得Rx R1 該方法的優(yōu)點是消除了表內(nèi)阻對測量的影響 缺點是電阻箱的電阻R1不能連續(xù)變化 例7 電流表A1的量程為0 200 A 內(nèi)電阻約為500 現(xiàn)要測其內(nèi)阻 圖22 除若干開關 導線之外還有器材如下 電流表A2 與A1規(guī)格相同滑動變阻器R1 阻值0 20 電阻箱R2 阻值0 9999 保護電阻R3 阻值約為3k 電源 電動勢E約1 5V 內(nèi)電阻r約2 1 如圖22所示 某同學想用替代法測量電流表內(nèi)阻 他設計了部分測量電路 在此基礎上請你將滑動變阻器接入電路中 使實驗可以完成 2 電路補充完整后 請你完善以下測量電流表A1內(nèi)電阻的實驗步驟 a 先將滑動變阻器R1的滑動端移到使電路安全的位置 再把電阻箱R2的阻值調(diào)到 填 最大 或 最小 b 閉合開關S1 S 調(diào)節(jié)滑動變阻器R1 使兩電流表的指針在滿偏附近 記錄電流表A2的示數(shù)I c 斷開S1 保持S閉合 R1不變 再閉合S2 調(diào)節(jié)電阻箱R2 使電流表A2的示數(shù) 讀出此時電阻箱的示數(shù)R2 則電流表A1內(nèi)電阻r 解析 1 滑動變阻器的阻值遠小于待測電流表內(nèi)阻 因此必須采用分壓接法 電路圖如圖所示 2 a 實驗前R2應該調(diào)節(jié)到最大 以保證電表安全 c 替代法最簡單的操作是讓A2示數(shù)不變 則可直接從R2的讀數(shù)得到電流表的內(nèi)阻值 答案 1 如圖所示 2 a 最大c 再次為I 或仍為I R2 1 電流表量程一般有兩種 0 0 6A 0 3A 電壓表量程一般有兩種 0 3V 0 15V 如圖23所示 圖23 接0 3V量程時讀數(shù)為 V 接0 15V量程時讀數(shù)為 V 接0 3A量程時讀數(shù)為 A 接0 0 6A量程時讀數(shù)為 A 2 完成下列讀數(shù) 如圖24所示 圖24a mmb mmc mmd mme mm 答案 1 1 90 9 5 0 80 0 16 2 a 0 482 0 481 0 483 b 0 532 0 531 0 533 c 4 076 4 075 4 077 d 5 663 5 661 5 665 e 11 14 圖25 1 從圖25中可以讀出該金屬絲的直徑d mm 2 為了測量該金屬絲的電阻 實驗小組取來兩節(jié)干電池 如圖26所示 將金屬絲拉直后兩端固定在帶有刻度的絕緣底座兩端的接線柱上 底座的中間有一個可沿金屬絲滑動的金屬觸頭P 觸頭上固定了接線柱 按下P時 觸頭才與金屬絲接觸 觸頭的位置可以從刻度尺上讀出 實驗采用的電路原理圖如圖27所示 請根據(jù)該原理圖 用筆畫線代替導線將實物圖28連接成實驗電路 圖26圖27 圖28圖29 解析 1 由螺旋測微器的讀數(shù)規(guī)則可知該金屬絲的直徑d 1 5mm 20 0 0 01mm 1 700mm 2 實物連接圖如圖所示