第二章--學(xué)案8實(shí)驗(yàn)：測(cè)定金屬的電阻率(人教版選修3-1)

學(xué)案8實(shí)驗(yàn)：測(cè)定金屬的電阻率學(xué)習(xí)目標(biāo)定位 1.進(jìn)一步掌握用伏安法測(cè)電阻的電路的設(shè)計(jì)思想.2.會(huì)用刻度尺測(cè)量金屬絲的直徑.3.掌握測(cè)定金屬電阻率的實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)過程及數(shù)據(jù)處理方法一、實(shí)驗(yàn)原理1把金屬絲接入電路中，用伏安法測(cè)金屬絲的電阻R(R)電路原理圖如圖1所示圖12用毫米刻度尺測(cè)出金屬絲的長(zhǎng)度l，利用纏繞法用毫米刻度尺測(cè)出n圈金屬絲的寬度，求出金屬絲的直徑d，算出橫截面積S(S)3由電阻定律R，得，求出電阻率二、實(shí)驗(yàn)器材毫米刻度尺、電壓表、電流表、定值電阻、開關(guān)及導(dǎo)線、被測(cè)金屬導(dǎo)線、電池、滑動(dòng)變阻器實(shí)驗(yàn)操作1實(shí)驗(yàn)步驟(1)測(cè)直徑：取一段新的金屬導(dǎo)線緊密繞制在鉛筆上，用毫米刻度尺測(cè)出它的寬度，除以圈數(shù)，求出金屬絲的直徑，并記錄(2)連電路：按如圖2所示的電路圖連接實(shí)驗(yàn)電路圖2(3)量長(zhǎng)度：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，并記錄(4)求電阻：把滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭調(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(dòng)變阻器滑動(dòng)觸頭的位置，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)拆除實(shí)驗(yàn)電路，整理好實(shí)驗(yàn)器材2數(shù)據(jù)處理(1)電阻R的值：方法一，平均值法：分別計(jì)算電阻值再求平均值；方法二，圖象法：利用UI圖線的斜率求電阻(2)將測(cè)得的Rx、l、d的值，代入電阻率計(jì)算公式中，計(jì)算出金屬導(dǎo)線的電阻率3實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)(1)為了方便，測(cè)量直徑應(yīng)在導(dǎo)線連入電路前進(jìn)行，為了準(zhǔn)確測(cè)量金屬導(dǎo)線的長(zhǎng)度，應(yīng)該在連入電路之后在金屬導(dǎo)線拉直的情況下進(jìn)行(2)因一般金屬絲電阻較小，為了減少實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)誤差，必須選擇電流表外接法；(3)本實(shí)驗(yàn)若用限流式接法，在接通電源之前應(yīng)將滑動(dòng)變阻器調(diào)到阻值最大狀態(tài)(4)電流不宜過大(電流表用00.6 A量程)，通電時(shí)間不宜太長(zhǎng)，以免電阻率因溫度升高而變化一、儀器的選擇和電路的設(shè)計(jì)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)出金屬絲直徑d，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)算出該金屬絲的電阻率. 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 kB電壓表015 V，內(nèi)阻50 kC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(dòng)變阻器， 010 F滑動(dòng)變阻器， 0100 (1)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))(2)實(shí)驗(yàn)中某同學(xué)的實(shí)物接線如圖3所示，請(qǐng)指出該同學(xué)實(shí)物接線中的兩處明顯錯(cuò)誤圖3錯(cuò)誤1_.錯(cuò)誤2_.解析 (1)電源是兩節(jié)干電池，電動(dòng)勢(shì)是3 V，選用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(dòng)勢(shì)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(dòng)變阻器E.答案(1)ACE(2)導(dǎo)線連接在滑動(dòng)變阻器的滑片上采用了電流表內(nèi)接法二、數(shù)據(jù)處理和實(shí)物圖的連線例2如圖4所示，某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)測(cè)量金屬絲電阻率的實(shí)驗(yàn)，將已知直徑為d的待測(cè)金屬絲固定在接線柱a、b上，在金屬絲上安裝一個(gè)小金屬滑片c，連接好電路，電路中R0是保護(hù)電阻已知電壓表的內(nèi)阻遠(yuǎn)大于金屬絲的電阻，電壓表的分流作用可以忽略不計(jì)閉合開關(guān)后得電流表的讀數(shù)為I0，電壓表的讀數(shù)為U0調(diào)節(jié)滑片c的位置，分別測(cè)出長(zhǎng)度L及所對(duì)應(yīng)的電壓值U，然后作出UL圖象如圖乙所示圖4(1)在下圖所示的A、B、C、D四個(gè)測(cè)量電路應(yīng)選_電路(2)根據(jù)所選電路圖在圖甲中進(jìn)行實(shí)物連線(3)測(cè)得圖乙中圖線的斜率為k，由此可得該金屬絲的電阻率為_解析(1)待測(cè)電阻是金屬絲ac部分，依題意應(yīng)采用電流表外接法，故選A電路；(3)由實(shí)驗(yàn)原理R，S( )2，得，又k，故k.答案(1)A(2)實(shí)物連線如圖所示(3)k在“探究導(dǎo)體電阻與其影響因素的定量關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，(1)測(cè)量金屬絲的直徑時(shí)不再使用游標(biāo)卡尺和螺旋測(cè)微器，而是采用刻度尺測(cè)量緊密繞制多匝的電阻絲長(zhǎng)度，求得直徑某次測(cè)量結(jié)果如圖5所示，則直徑為_ mm.圖5(2)如圖6所示是測(cè)量金屬絲電阻的實(shí)驗(yàn)器材實(shí)物圖，圖中已連接了部分導(dǎo)線，滑動(dòng)變阻器滑片P置于變阻器的一端請(qǐng)根據(jù)圖乙電路圖，補(bǔ)充完整實(shí)物圖的連線，并使開關(guān)閉合瞬間，電壓表或電流表不至于被燒壞甲乙圖6(3)某同學(xué)利用正確的電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量，數(shù)據(jù)如下：次數(shù)1234567U/V0.100.300.701.101.702.302.80I/A0.020.060.160.220.340.460.54請(qǐng)根據(jù)表中數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)紙中作UI圖線，并由圖線求出電阻值為_.答案(1)1.8(2)如圖(3)5.01在“測(cè)定金屬絲電阻率”的實(shí)驗(yàn)中，由可知，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性影響最大的是()A金屬絲直徑d的測(cè)量B電壓U的測(cè)量C電流I的測(cè)量D金屬絲長(zhǎng)度l的測(cè)量答案A解析四個(gè)選項(xiàng)中的四個(gè)物理量對(duì)金屬絲的電阻率均有影響，但影響最大的是直徑d，因?yàn)樵谟?jì)算式中取直徑的平方2在測(cè)金屬絲的電阻率的實(shí)驗(yàn)中，下列說法中錯(cuò)誤的是()A用伏安法測(cè)電阻時(shí)，可采用電流表外接法B實(shí)驗(yàn)中應(yīng)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，取得多組U和I的值，然后求出平均電阻 C應(yīng)選用毫米刻度尺測(cè)金屬絲的長(zhǎng)度三次，然后求出平均長(zhǎng)度lD實(shí)驗(yàn)中電流不能太大，以免電阻率發(fā)生變化答案C解析測(cè)量的是接入電路中的金屬絲的有效長(zhǎng)度故C錯(cuò)3在測(cè)定阻值較小的金屬的電阻率的實(shí)驗(yàn)中，為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，并要求在實(shí)驗(yàn)中獲得較大的電壓調(diào)節(jié)范圍，在測(cè)量其電阻時(shí)應(yīng)選擇的電路是()答案D解析金屬阻值較小，在用伏安法測(cè)電阻時(shí)應(yīng)該用電流表外接法，題干中要求實(shí)驗(yàn)中獲得較大的電壓調(diào)節(jié)范圍，故滑動(dòng)變阻器要采用分壓式接法，D正確4在“測(cè)定金屬的電阻率”的實(shí)驗(yàn)中，需要測(cè)量金屬絲的長(zhǎng)度和直徑現(xiàn)用最小分度為1 mm的米尺測(cè)量金屬絲長(zhǎng)度，圖1中箭頭所指位置是拉直的金屬絲兩端在米尺上相對(duì)應(yīng)的位置，測(cè)得的金屬絲長(zhǎng)度為_ mm.在測(cè)量金屬絲直徑時(shí)，如果受條件限制，身邊只有米尺1把和圓柱形鉛筆1枝如何較準(zhǔn)確地測(cè)量金屬絲的直徑？請(qǐng)簡(jiǎn)述測(cè)量方法：_.圖1答案972.0在鉛筆上緊密排繞金屬絲N匝，用米尺量出該N匝金屬絲的寬度D，由此可以計(jì)算得出金屬絲的平均直徑為D/N5“探究導(dǎo)體電阻與導(dǎo)體長(zhǎng)度、橫截面積、材料的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)電路如圖2所示，a、b、c、d是四種不同的金屬絲圖2現(xiàn)有四根鎳鉻合金絲和兩根康銅合金絲，其規(guī)格如下表所示.編號(hào)材料長(zhǎng)度/m橫截面/mm2A鎳鉻合金0.80.8B鎳鉻合金0.50.5C鎳鉻合金0.30.5D鎳鉻合金0.31.0E康銅合金0.30.5F康銅合金0.80.8(1)電路中四種金屬絲應(yīng)選用上表中的_(用編號(hào)表示)(2)某學(xué)生由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析歸納出：電路圖中四種金屬絲的電阻R與長(zhǎng)度L、橫截面積S的關(guān)系可用比例式R來表示你認(rèn)為是否正確，為什么？(3)在交流合作時(shí)，有位同學(xué)提出用如圖3所示的電路，只要將圖中P端分別和1、2、3、4相接，讀出電流，利用電流跟電阻成反比的關(guān)系，也能探究出導(dǎo)體電阻與其影響因素的定量關(guān)系，請(qǐng)你對(duì)其作出評(píng)價(jià)圖3答案(1)BCDE(2)不正確，因?yàn)樗鼈兊牟牧喜煌耆嗤?3)不能探究出實(shí)驗(yàn)過程中無法保證每次金屬絲兩端的電壓相等解析(1)本實(shí)驗(yàn)采用的是控制變量法，分別選用導(dǎo)體材料相同、橫截面積相同時(shí)，導(dǎo)體的長(zhǎng)度不同，B、C符合要求；選用導(dǎo)體材料相同、長(zhǎng)度相同時(shí)，導(dǎo)體的橫截面積不同，C、D符合要求；選用導(dǎo)體橫截面積相同、長(zhǎng)度相同時(shí)，導(dǎo)體的材料不同，C、E符合要求故選B、C、D、E.6在做“測(cè)定金屬的電阻率”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要對(duì)金屬絲的電阻進(jìn)行測(cè)量，已知金屬絲的電阻值Rx約為20 .一位同學(xué)用伏安法對(duì)這個(gè)電阻的阻值進(jìn)行了比較精確的測(cè)量，這位同學(xué)想使被測(cè)電阻Rx兩端的電壓變化范圍盡可能的大他可選用的器材有：電源E：電動(dòng)勢(shì)為8 V，內(nèi)阻為1.0 ；電流表A：量程0.6 A，內(nèi)阻約為0.50 ；電壓表V：最程10 V，內(nèi)阻約為10 k；滑動(dòng)變阻器R：最大電阻值為5.0 ；開關(guān)一個(gè)，導(dǎo)線若干(1)根據(jù)上述條件，測(cè)量時(shí)電流表應(yīng)采用_(選填“外接法”或“內(nèi)接法”)(2)在方框內(nèi)畫出實(shí)驗(yàn)電路圖(3)若在上述實(shí)驗(yàn)中，電流表的示數(shù)為I，電壓表的示數(shù)為U，且電流表內(nèi)阻RA、電壓表內(nèi)阻RV均為已知量，用測(cè)量物理量和電表內(nèi)阻計(jì)算金屬絲電阻的表達(dá)式答案(1)外接法(2)見解析圖(3)Rx解析(1)待測(cè)電阻約為20 ，是電流表內(nèi)阻的40倍，但電壓表內(nèi)阻是待測(cè)電阻的500倍，故采用外接法(2)因?yàn)橐筊x兩端的電壓變化范圍盡可能的大，所以滑動(dòng)變阻器要采用分壓式接法，電路圖如圖所示(3)電壓表分得的電流為IV，所以Rx中的電流為IxIIVI，則Rx.8在“測(cè)定金屬的電阻率”的實(shí)驗(yàn)中，待測(cè)金屬導(dǎo)線的電阻Rx約為5 .實(shí)驗(yàn)室備有下列實(shí)驗(yàn)器材：A電壓表V1(量程3 V，內(nèi)阻約為15 k)B電壓表V2(量程15 V，內(nèi)阻約為75 k)C電流表A1(量程3 A，內(nèi)阻約為0.2 )D電流表A2(量程600 mA，內(nèi)阻約為1 )E變阻器R1(0100 ，0.3 A)F變阻器R2(02000 ，0.1 A)G電池E(電動(dòng)勢(shì)為3 V，內(nèi)阻約為0.3 )H開關(guān)S，導(dǎo)線若干(1)為提高實(shí)驗(yàn)精確度，減小實(shí)驗(yàn)誤差，應(yīng)選用的實(shí)驗(yàn)器材有_(2)為減小實(shí)驗(yàn)誤差，應(yīng)選用圖4甲中_(填“a”或“b”)為該實(shí)驗(yàn)的電路圖，并按所選擇的電路圖把圖乙中的實(shí)物圖用導(dǎo)線連接起來圖4(3)若用刻度尺測(cè)得金屬導(dǎo)線長(zhǎng)度