高中物理選修 試驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)七　測定金屬的電阻率 實(shí)驗(yàn)八　描繪小電珠的伏安特性曲線.ppt

,一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1掌握電流表、電壓表和滑動變阻器的使用方法 2學(xué)會利用伏安法測電阻，進(jìn)一步測出金屬絲的電阻率,二、實(shí)驗(yàn)原理 1伏安法測電阻 (1)電流表的內(nèi)接法和外接法的比較,(2)兩種電路的選擇 阻值比較法：先將待測電阻的估計(jì)值與電壓表、電流表內(nèi)阻進(jìn)行比較，若rx較小，宜采用電流表外接法；若rx較大，宜采用電流表內(nèi)接法簡單概括為“大內(nèi)偏大，小外偏小” 臨界值法：令r0 ，當(dāng)rxr0時(shí)，用內(nèi)接法；rxr0時(shí)，用外接法,試觸法：如圖實(shí)71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)71,(2)金屬絲的長度可以用毫米刻度尺測量 (3)金屬絲的橫截面積s由金屬絲的直徑d算出，即 sd2/4.其中金屬絲的直徑用螺旋測微器測出 若用實(shí)驗(yàn)中直接測出的物理量來表示電阻率，則金屬絲的電阻率的表達(dá)式為,三、實(shí)驗(yàn)器材 被測金屬絲，螺旋測微器，毫米刻度尺，電池組，電流表，電壓表，滑動變阻器，開關(guān)，導(dǎo)線若干,四、實(shí)驗(yàn)操作 1實(shí)驗(yàn)步驟 (1)將被測金屬絲密繞在鉛筆上，用 mm刻度尺測出n匝的總長度a， 則金屬絲的直徑d ，然后計(jì) 算出導(dǎo)線的橫截面積s. (2)按如圖實(shí)72所示的原理電路圖連接好用伏安法測電 阻的實(shí)驗(yàn)電路,圖實(shí)72,(3)用毫米刻度尺測量接入電路中的被測金屬導(dǎo)線的有效長 度，反復(fù)測量3次，求出其平均值l. (4)把滑動變阻器的滑動片調(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)無誤后，閉合開關(guān)s，改變滑動變阻器滑動片的位置，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 測量數(shù)據(jù)填入下表中：,(1)金屬絲的長度l_ cm_ m. (2)金屬絲的橫截面積s_mm2_m2. (3)金屬絲的電阻r_.,(4)金屬絲材料的電阻率 _m.,五、注意事項(xiàng) 1為了方便，測量直徑應(yīng)在導(dǎo)線連入電路前進(jìn)行，為了準(zhǔn) 確測量金屬絲的長度，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，滑動變阻器的阻值要調(diào)至最大,4電流不宜太大(電流表用00.6 a量程)，通電時(shí)間不宜 太長，以免金屬絲溫度升高，導(dǎo)致電阻率在實(shí)驗(yàn)過程 中變大 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、待測金屬絲、滑動變阻器連成干路， 然后再把電壓表并聯(lián)在待測金屬絲的兩端,六、誤差分析 1金屬絲的橫截面積是利用直徑計(jì)算而得，直徑的測量是產(chǎn)生誤差的主要來源之一 2采用伏安法測量金屬絲的電阻時(shí)，由于采用的是電流表外接法，測量值小于真實(shí)值，使電阻率的測量值偏小 3金屬絲的長度測量、電流表和電壓表的讀數(shù)等會帶來偶然誤差 4由于金屬絲通電后發(fā)熱升溫，會使金屬絲的電阻率變大，造成測量誤差,(2009廣東高考)某實(shí)驗(yàn)小組利用實(shí)驗(yàn)室提供的器材探究一種金屬絲的電阻率所用的器材包括：輸出為3 v的直流穩(wěn)壓電源、電流表、待測金屬絲米尺、電阻箱、開關(guān)和導(dǎo)線等,(1)他們截取了一段金屬絲，拉直后固定在絕緣的米尺上，并在金屬絲上夾上一個(gè)小金屬夾，金屬夾可在金屬絲上移動請根據(jù)現(xiàn)有器材，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路，并連接電路實(shí)物圖(圖實(shí)73甲所示),圖實(shí)73,(2)實(shí)驗(yàn)的主要步驟如下： 正確連接電路，設(shè)定電阻箱的阻值，開啟電源，合上開關(guān)； 讀出電流表的示數(shù)，記錄金屬夾的位置； 斷開開關(guān)，_，合上開關(guān)，重復(fù)的操作,(3)該小組測得電流與金屬絲接入長度 關(guān)系的數(shù)據(jù)，并據(jù)此繪出了圖實(shí)75乙所示的關(guān)系圖線，其斜率為_a1m1(保留三位有效數(shù)字)；圖線縱軸截距與電源電動勢的乘積代表了 _的電阻之和,(4)他們使用刻度尺測量金屬絲的直徑是0.2 mm，圖實(shí) 75乙中圖線的斜率、電源電動勢和金屬絲橫截面 積的乘積代表的物理量是_，其數(shù)值 和單位為_(保留三位有效數(shù)字),解析 (3)k a1m110.5 a1m1.l0時(shí)縱軸截距與電動勢的乘積是 ，表示此時(shí)電路中的總電阻 (4)d0.01 mm20.00.200 mm. 由閉合電路歐姆定律可得ei(rrra)，又有r ，聯(lián)立得 ，可知斜率為 ，所以三者之積為電阻率，其值9.99107 m.,答案 (1)如圖實(shí)74所示,圖實(shí)74,(2)改變金屬絲上金屬夾的位置 (3)10.510.6 金屬絲接入長度為零時(shí)全電路(或電阻箱、電流表) (4)0.1980.202 mm 金屬絲的電阻率 9.691071.02106 m,(2010江門模擬)在“測定金屬的電阻率”的實(shí)驗(yàn)中，用米尺測出金屬絲的長度l，金屬絲的電阻大約為5 ，先用伏安法測出金屬絲的電阻r，然后根據(jù)電阻定律計(jì)算出該金屬材料的電阻率,為此取來兩節(jié)新的干電池、電鍵和若干導(dǎo)線及下列器材： a電壓表03 v，內(nèi)阻10 k b電壓表015 v，內(nèi)阻50 k c電流表00.6 a，內(nèi)阻0.05 d電流表03 a，內(nèi)阻0.01 e滑動變阻器，010 f滑動變阻器，0100 (1)要求較準(zhǔn)確地測出其阻值，電壓表應(yīng)選_，電流表應(yīng)選_，滑動變阻器應(yīng)選_(填序號),(2)實(shí)驗(yàn)中某同學(xué)的實(shí)物接線如圖實(shí)75所示，請指出 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：_.,解析 因?yàn)閮晒?jié)干電池的電動勢是3 v，用3 v量程的電壓表a；因?yàn)榻饘俳z的電阻大約為5 ，如果把3 v的電動勢全加在金屬絲上，電流才是0.6 a，因此用量程是0.6 a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 的滑動變阻器e.,答案 (1)a c e (2)錯(cuò)誤1：導(dǎo)線連接在滑動變阻器的滑片上 錯(cuò)誤2：采用了電流表內(nèi)接法,一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1描繪小電珠的伏安特性曲線 2分析伏安特性曲線的變化規(guī)律,二、實(shí)驗(yàn)原理 1用電流表測出流過小電珠的電流，用電壓表測出小電珠 兩端的電壓，測出多組(u，i)值，在ui坐標(biāo)系中描出各對應(yīng)點(diǎn)，用一條平滑的曲線將這些點(diǎn)連起來 2電流表外接：因?yàn)樾‰娭榈碾娮韬苄?，如果電流表?nèi)接， 誤差明顯較大；滑動變阻器采用分壓式：使電壓能從零開始連續(xù)變化,3滑動變阻器的限流接法和分壓接法 (1)兩種接法比較,(2)限流電路、分壓電路的選擇原則 安全性原則：不超過電表的量程或允許通過的最大電流 方便性原則：便于調(diào)節(jié)，方便讀數(shù) 經(jīng)濟(jì)性原則：以損耗能量最小為原則,(3)兩種接法的適用條件 限流式接法適合測量阻值小的電阻(與滑動變阻器總電阻相比相差不多或比滑動變阻器的總電阻還小)因?yàn)閞x小，限流式中滑動變阻器分得電壓大，移動滑動觸頭調(diào)節(jié)范圍大 分壓式接法適合測量阻值較大的電阻(比滑動變阻器的總電阻大)因?yàn)閞x大，分壓式中rx幾乎不影響電壓的分配，移動滑動觸頭電壓變化明顯，便于調(diào)節(jié) 以下幾種情況必須采用分壓接法：,a若采用限流式不能控制電路中電流滿足實(shí)驗(yàn)要求，即不論怎樣調(diào)節(jié)滑動變阻器，待測電阻上的電流(或電壓)都會超過電流表(或電壓表)的量程，或超過待測電阻的額定電流，則必須選用分壓式接法 b若待測電阻的阻值比滑動變阻器總電阻大得多，以致在限流電路中，滑動變阻器的滑動觸頭從一端滑到另一端時(shí)，待測電阻上的電流或電壓變化范圍不夠大，不利于多次測量求平均值，此時(shí)，應(yīng)改用分壓式接法,c若實(shí)驗(yàn)中要求電壓從零開始連續(xù)可調(diào)，則必須采用分壓式接法 在兩種電路均可使用的情況下，應(yīng)優(yōu)先采用限流式接法，因?yàn)橄蘖魇浇臃娐泛唵?、耗能?4儀器的選擇 (1)電表的選擇：先估算電流或電壓值，在選擇電流表或電壓 表時(shí)，應(yīng)使指針達(dá)到半偏以上 (2)滑動變阻器的選擇：實(shí)驗(yàn)電路若采用限流式接法，一般選 用阻值適當(dāng)大一些的滑動變阻器，但不可過大；實(shí)驗(yàn)電路若采用分壓式接法，應(yīng)選擇阻值小一些的滑動變阻器，以便于調(diào)節(jié)，但要注意其額定電壓和額定電流值 (3)電源的選擇：綜合考慮小燈泡、電壓表、電流表的量程以 及滑動變阻器的阻值，保證能為實(shí)驗(yàn)提供合適的電流或電壓,三、實(shí)驗(yàn)器材 小電珠(3.8 v,0.3 a)或(2.5 v,0.6 a)一個(gè)，電壓表(03 v15 v)與電流表(00.6 a3 a)各一個(gè)，滑動變阻器(最大阻值20 )一個(gè)，學(xué)生低壓直流電源(或電池組)，開關(guān)一個(gè)，導(dǎo)線若干，坐標(biāo)紙、鉛筆,四、實(shí)驗(yàn)操作 1實(shí)驗(yàn)步驟 (1)根據(jù)小電珠上標(biāo)示的額定電壓 和額定電流，選定電源的輸出 電壓和電表的量程； (2)將小電珠、電流表、電壓表、滑動變阻器、電源、開關(guān)用 導(dǎo)線連接成如圖實(shí)81所示的電路；,圖實(shí)81,(3)將滑動變阻器的觸頭移動到右端，閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動 變阻器，讀出并記錄多組u、i數(shù)值，將測量數(shù)據(jù)填入表 格中； (4)斷開開關(guān)，拆除電路，整理儀器,2數(shù)據(jù)處理 實(shí)驗(yàn)中的u、i數(shù)據(jù)記入下表中：,(1)在坐標(biāo)紙上以u為橫軸、i為縱軸建立坐標(biāo)系，選取合適的 標(biāo)度； (2)在坐標(biāo)紙上描出以上各組數(shù)據(jù)所對應(yīng)的點(diǎn)，用一條平滑 的曲線把這些點(diǎn)連起來，得到小電珠的伏安特性曲線,五、注意事項(xiàng) 1電路的連接方式 (1)電流表應(yīng)采用外接法：因?yàn)樾‰娭?3.8 v,0.3 a)的電阻很 小，與00.6 a的電流表串聯(lián)時(shí)，電流表的分壓影響很大 (2)滑動變阻器應(yīng)采用分壓式連接：目的是使小電珠兩端的 電壓能從零開始連續(xù)變化,2閉合開關(guān)s前，滑動變阻器的觸頭應(yīng)移到使小電珠分得電 壓為零的一端，使開關(guān)閉合時(shí)小電珠的電壓從零開始變化，同時(shí)也是為了防止開關(guān)剛閉合時(shí)小電珠兩端因電壓過大而燒壞燈絲 3iu圖線在u01.0 v左右將發(fā)生明顯彎曲，故在u1.0 v左右繪點(diǎn)要密，以防出現(xiàn)較大誤差,4電流表選擇0.6 a量程，電壓表量程的選擇視小電珠的額定 電壓而定，即使用的若是“3.8 v,0.3 a”的小電珠，選用電壓表的15 v量程；若使用“2.5 v,0.6 a”的小電珠，則選用電壓表的3 v量程 5當(dāng)小電珠的電壓接近額定值時(shí)要緩慢增加，到額定值記錄i 后馬上斷開開關(guān) 6誤差較大的點(diǎn)要舍去，iu圖線應(yīng)是平滑曲線而非折線,六、誤差分析 1由于電壓表、電流表不是理想電表，內(nèi)阻對電路的影響 會帶來誤差 2測量時(shí)電表讀數(shù)帶來誤差 3在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)、作圖帶來操作誤差,(2010聊城模擬)某課外學(xué)習(xí)小組想描繪標(biāo)有“4 v,2 w”的小燈泡的ui圖象，除導(dǎo)線和開關(guān)外還備有以下器材可供選擇：,a電流表(量程0.6 a，內(nèi)阻約為1 ) b電流表(量程3.0 a，內(nèi)阻約為0.2 ) c電壓表(量程5.0 v，內(nèi)阻約為5 k) d電壓表(量程15.0 v，內(nèi)阻約為15 k) e滑動變阻器(最大阻值為200 ，額定電流100 ma) f滑動變阻器(最大阻值為10 ，額定電流1.0 a) g電源(電動勢為6.0 v，內(nèi)阻約為1.5 ),(1)實(shí)驗(yàn)中所用的電流表應(yīng)選_；電壓表應(yīng)選_； 滑動變阻器應(yīng)選_(只需填器材前面的字母代號) (2)將圖實(shí)82甲中的實(shí)物連接成實(shí)驗(yàn)所需的電路(有兩根導(dǎo)線已經(jīng)接好)實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，滑動變阻器的滑片應(yīng)該置于最_端(填“左”或“右”),圖實(shí)82,(3)經(jīng)過正確的操作，測得的數(shù)據(jù)如下表：,請?jiān)趫D實(shí)82乙中描點(diǎn)畫出小燈泡的ui曲線,(4)若某干電池的端電壓u與電流i的關(guān)系如圖乙中圖線a所示，那么將本題中的小燈泡接在該干電池的兩端時(shí)，小燈泡的實(shí)際功率是_w.,解析 (1)因小燈泡的額定電壓為4 v，額定電流i額 a0.5 a，故電壓表用c，電流表用a，因電路采用分壓式連接，滑動變阻器應(yīng)該用f. (2)開關(guān)閉合前應(yīng)使小燈泡兩端電壓為零，故滑動變阻器的滑片應(yīng)置于最左端實(shí)物連線如圖實(shí)83甲所示,圖實(shí)83,(3)ui圖線如圖實(shí)83乙中b所示 (4)圖乙中a、b兩圖線的交點(diǎn)坐標(biāo)表明：該小燈泡接在該電池兩端時(shí)，燈泡的電壓為u2.0 v，電流為i0.4 a，故小燈泡的實(shí)際功率為piu0.8 w.,答案 (1)a c f (2)左 實(shí)物連線如圖實(shí)83甲所示 (3)如圖實(shí)83乙中圖線b所示 (4)0.8,發(fā)光二極管是目前電 器指示燈廣泛使用的電子元件， 在電路中的符號是 只有 電流從標(biāo)有“”號的一端流入， 從標(biāo)有“”號的一端流出時(shí)，它 才能發(fā)光，這時(shí)可將它視為一個(gè)純電阻現(xiàn)有廠家提供的某型號的發(fā)光二極管的伏安特性曲線如圖實(shí)84所示,圖實(shí)84,(1)已知該型號發(fā)光二極管的正常工作電壓為2.0 v若用電動勢為12 v、內(nèi)阻可以忽略不計(jì)的直流電源供電，為使該二極管正常工作，需要在電源和二極管之間串聯(lián)一只阻值為_ 的定值電阻 (2)已知該型號的發(fā)光二極管允許通過的最大電流為56 ma，請用實(shí)驗(yàn)證明這種元件的伏安特性曲線與廠家提供的數(shù)據(jù)是否一致可選用的器材有：,待測發(fā)光二極管 直流電源e(電動勢4.5 v，內(nèi)阻忽略不計(jì)) 滑動變阻器r(最大阻值為200 ) 電壓表v1(量程10 v，內(nèi)阻約50 k) 電壓表v2(量程5 v，內(nèi)阻約20 k) 電流表a1(量程100 ma，內(nèi)阻