高考物理 實(shí)驗(yàn)11測(cè)定金屬的電阻率課件 新人教版

●自主學(xué)習(xí)一、實(shí)驗(yàn)原理由電阻定律R＝得ρ＝金屬導(dǎo)線的電阻R用伏安法測(cè)量，金屬導(dǎo)線的長(zhǎng)度l用米尺測(cè)量，金屬導(dǎo)線的橫截面積S可由其直徑d算出，即S＝，d可由螺旋測(cè)微器測(cè)出．二、實(shí)驗(yàn)器材①金屬絲，②螺旋測(cè)微器，③電流表，④電壓表，⑤直流電源，⑥滑動(dòng)變阻器，⑦開關(guān)一個(gè)，⑧導(dǎo)線若干，⑨米尺(毫米刻度尺)．三、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，填入實(shí)驗(yàn)記錄表格，求出其

，計(jì)算出導(dǎo)線的橫截面積．2．將金屬絲兩端固定在接線柱上懸空拉直，用毫米刻度尺測(cè)量接入電路中的金屬導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度，反復(fù)測(cè)量3次，填入實(shí)驗(yàn)記錄表格，求出其平均值l.平均值d實(shí)驗(yàn)記錄測(cè)量次數(shù)123平均值導(dǎo)線長(zhǎng)/m導(dǎo)線直徑/m3.按如圖所示的電路圖，連好實(shí)驗(yàn)電路，把滑動(dòng)觸頭調(diào)節(jié)到連入電路中阻值最大的位置．4．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，填入實(shí)驗(yàn)記錄表格，斷開開關(guān)S，求出導(dǎo)線電阻R的

．平均值實(shí)驗(yàn)記錄也可采用U—I圖象法，求電阻R.5．所測(cè)金屬的電阻率ρ＝6．拆去實(shí)驗(yàn)線路，整理好實(shí)驗(yàn)器材．測(cè)量次數(shù)123電阻平均值電壓U/V電流I/A電阻R/Ω●深化拓展一、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1．本實(shí)驗(yàn)中被測(cè)金屬導(dǎo)線的電阻值較小，因此實(shí)驗(yàn)電路必須用電流表外接法．2．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)金屬導(dǎo)線、滑動(dòng)變阻器連成主干線路(閉合電路)，然后再把電壓表并聯(lián)在待測(cè)金屬導(dǎo)線的兩端．3．測(cè)量被測(cè)金屬導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度，是指測(cè)量待測(cè)導(dǎo)線接入電路的兩個(gè)端點(diǎn)之間的長(zhǎng)度，亦即電壓表兩端點(diǎn)間的待測(cè)導(dǎo)線長(zhǎng)度，測(cè)量時(shí)應(yīng)將導(dǎo)線拉直．4．測(cè)金屬絲直徑一定要選三個(gè)不同部位進(jìn)行測(cè)量．5．閉合開關(guān)S之前，一定要使滑動(dòng)變阻器的滑片處在有效電阻值最大的位置．6．在用伏安法測(cè)電阻時(shí)，通過(guò)待測(cè)導(dǎo)線的電流I不宜過(guò)大(電流表用0～0.6A量程)，通電時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，以免金屬導(dǎo)線的溫度明顯升高，造成其電阻率在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中逐漸增大．7．求R的平均值可用兩種方法：第一種是用R＝U/I算出各次的測(cè)量值，再取平均值；第二種是用圖象(U—I圖線)來(lái)求出．若采用圖象法，在描點(diǎn)時(shí)，要盡量使各點(diǎn)間的距離拉大一些，連線時(shí)要盡可能地讓各點(diǎn)均勻分布在直線的兩側(cè)，個(gè)別明顯偏離較遠(yuǎn)的點(diǎn)可以不予考慮．二、實(shí)驗(yàn)誤差分析1．金屬絲直徑、長(zhǎng)度的測(cè)量帶來(lái)誤差．2．測(cè)量電路中電流表及電壓表對(duì)電阻測(cè)量的影響，因?yàn)殡娏鞅硗饨樱訰測(cè)<R真，由R＝知ρ測(cè)<ρ真．3．通電電流過(guò)大，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，致使電阻絲發(fā)熱，電阻率隨之變化帶來(lái)誤差．●針對(duì)訓(xùn)練在“測(cè)定金屬的電阻率”的實(shí)驗(yàn)中，由ρ＝可知，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性影響最大的是 ()A．導(dǎo)線直徑d的測(cè)量B．電壓U的測(cè)量C．電流I的測(cè)量 D．導(dǎo)線長(zhǎng)度的測(cè)量解析：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．答案：A【例1】在“測(cè)定金屬絲的電阻率”的實(shí)驗(yàn)中，若粗估金屬絲的電阻Rx約為3Ω，為盡可能減小誤差，要求金屬絲發(fā)熱功率P<0.75W.(1)實(shí)驗(yàn)中用螺旋測(cè)微器測(cè)量導(dǎo)線直徑時(shí)，可估讀到__________mm，用毫米刻度尺測(cè)量導(dǎo)線長(zhǎng)度時(shí)，可估讀到__________mm；(2)下述器材中應(yīng)選用的是__________(用字母代替)；A．6V電池組B．電流表(0～0.6A，內(nèi)阻約0.5Ω)C．電流表(0～3A，內(nèi)阻約0.01Ω)D．電壓表(0～3V，內(nèi)阻約1kΩ)E．電壓表(0～15V，內(nèi)阻約5kΩ)F．滑動(dòng)變阻器(0～100Ω，額定電流1A)G．滑動(dòng)變阻器(0～20Ω，額定電流1A)(3)在下面的方框內(nèi)畫出電路圖；(4)在下圖中將各器材連成實(shí)驗(yàn)電路．[解析]

(1)螺旋測(cè)微器可估讀到0.001mm；毫米刻度尺估讀到最小刻度的下一位，即0.1mm(2)P<0.75W，Rx≈3Ω，所以金屬絲兩端的電壓應(yīng)小于

＝1.5V，故電壓表應(yīng)選D；流過(guò)的電流應(yīng)小于A＝0.5A，故電流表應(yīng)選B；滑動(dòng)變阻器從方便調(diào)節(jié)角度考慮G；其他有A.(3)注意電流表用外接法，滑動(dòng)變阻器用分壓式接法．實(shí)物連線如圖所示．[答案]

見解析

(2009·臨沂模擬)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5Ω.實(shí)驗(yàn)室備有下列實(shí)驗(yàn)器材：A．電壓表V1(量程3V，內(nèi)阻約為15kΩ)B．電壓表V2(量程15V，內(nèi)阻約為75kΩ)C．電流表A1(量程3A，內(nèi)阻約為0.2Ω)D．電流表A2(量程600mA，內(nèi)阻約為1Ω)E．變阻器R1(0～100Ω，0.3A)F．變阻器R2(0～2000Ω，0.1A)G．電池E(電動(dòng)勢(shì)為3V，內(nèi)阻約為0.3Ω)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實(shí)物圖用導(dǎo)線連接起來(lái)．(3)若用刻度尺測(cè)得金屬絲長(zhǎng)度為60.00cm，用螺旋測(cè)微器測(cè)得導(dǎo)線的直徑為0.635mm，兩電表的示數(shù)分別如圖所示，則電阻值為__________________Ω，電阻率為__________．解析：(1)由電池E決定了電壓表選V1，結(jié)合Rx粗略計(jì)算電流在600mA內(nèi)，故選A2，由Rx確定變阻器選R1.(2)因A1的內(nèi)阻不能滿足遠(yuǎn)小于Rx，故選b圖．(3)Rx＝

Ω·m≈1.27×10－6Ω·m.答案：(1)ADEGH(2)b實(shí)物連接如圖(3)2.41.27×10－6Ω·m【例2】用伏安法測(cè)量電阻阻值R，并求出電阻率ρ.給定電壓表(內(nèi)阻約為50kΩ)、電流表(內(nèi)阻約為40Ω)、滑動(dòng)變阻器、電源、開關(guān)、待測(cè)電阻(約為250Ω)及導(dǎo)線若干．(1)畫出測(cè)量R的電路圖．(2)如右圖所示中的6個(gè)點(diǎn)表示實(shí)驗(yàn)中測(cè)得6組電流I、電壓U的值，試寫出根據(jù)此圖求R值的步驟：__________________.求出的電阻值R＝__________.(保留三位有效數(shù)字)(3)待測(cè)電阻是一均勻材料制成的圓柱體，用游標(biāo)為50分度的卡尺測(cè)量其長(zhǎng)度與直徑，結(jié)果分別如下圖甲、乙所示．由圖可知其長(zhǎng)度為__________，直徑為__________．(4)由以上數(shù)據(jù)可求出ρ＝__________.(保留三位有效數(shù)字)．[解答]

(1)RV≈50kΩ，RA≈40Ω，待測(cè)電阻R≈250Ω，滿足即可忽略電壓表的分流影響，將電流表采用外接法．因滑動(dòng)變阻器規(guī)格未知，在滿足實(shí)驗(yàn)條件前提下，可采用限流或分壓式接法．測(cè)量R的電路圖如下圖甲、乙所示．

(2)作U－I圖線，舍去左起第2點(diǎn)，其余5個(gè)點(diǎn)盡量靠近直線且均勻分布在直線兩側(cè).求該直線的斜率k＝，ΔU、ΔI分別用伏特和安培作單位，則R＝k＝229Ω(221～237Ω均正確)．(3)0.800cm0.194cm(4)據(jù)R＝ρ

l＝0.800cm＝8×10－3m直徑d＝0.194cm＝1.94×10－3m，則S＝代入ρ＝解得ρ＝8.46×10－2Ω·m.

(2009·高考廣東卷)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3V的直流穩(wěn)壓電源、電流表、待測(cè)金屬絲、螺旋測(cè)微器(千分尺)、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(dòng)．請(qǐng)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)物圖甲．(2)實(shí)驗(yàn)的主要步聚如下：①正確連接電路，設(shè)定電阻箱的阻值，開啟電源，合上開關(guān)；②讀出電流表的示數(shù)，記錄金屬夾的位置；③斷開開關(guān)，________，合上開關(guān)，重復(fù)②的操作．(3)該小組測(cè)得電流與金屬絲接入長(zhǎng)度關(guān)系的數(shù)據(jù)，并據(jù)此繪出了圖乙的關(guān)系圖線，其斜率為________A－1·m－1(保留三位有效數(shù)字)；圖線縱軸截距與電源電動(dòng)勢(shì)的乘積代表了________的電阻之和．(4)他們使用螺旋測(cè)微器測(cè)量金屬絲的直徑，示數(shù)如圖所示．金屬絲的直徑是________．圖乙中圖線的斜率、電源電動(dòng)勢(shì)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：本題考查測(cè)定金屬絲的電阻率，意在考查考生對(duì)測(cè)定電阻率實(shí)驗(yàn)的了解和基本儀器的使用，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理和實(shí)驗(yàn)誤差的理解、分析能力、實(shí)驗(yàn)和探究能力．求斜率用兩點(diǎn)法，即在圖線上取兩個(gè)點(diǎn)求解．設(shè)外電路電阻箱和電流表的總電阻為R，由閉合電路歐姆定律得

變形得到：

由此可知圖線縱軸截距與電源電動(dòng)勢(shì)的乘積代表了金屬絲電阻為零時(shí)的全電路(即電阻箱和電流表)電阻之和，圖線的斜率、電源電動(dòng)勢(shì)和金屬絲橫截面積的乘積代表的物理量是電阻率，代入數(shù)據(jù)計(jì)算即可．答案：(1)如圖所示(2)改變金屬絲上金屬夾的位置(3)10.5～10.6金屬絲接入長(zhǎng)度為零時(shí)全電路(或電阻箱和電流表)(4)0.198～0.202mm金屬絲電阻率9.69×10－7Ω·m～1.02×10－6Ω·m【例3】(2009·浙大附中)有一根細(xì)長(zhǎng)而均勻的金屬管線樣品，橫截面如圖(甲)所示，此金屬管線長(zhǎng)約30cm，電阻約10Ω.已知這種金屬的電阻率為ρ，因管內(nèi)中空部分截面積無(wú)法直接測(cè)量，請(qǐng)你設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，測(cè)量中空部分的截面積S0，現(xiàn)有如下器材可選：A．毫米刻度尺B．螺旋測(cè)微器C．電流表A1(600mA,1.0Ω)D．電流表A2(3A,0.1Ω)E．電壓表V(3V,6kΩ)F．滑動(dòng)變阻器R1(2kΩ，0.5A)G．滑動(dòng)變阻器R2(10Ω，2A)H．蓄電池E(6V,0.05Ω)L．開關(guān)一個(gè)，帶夾子的導(dǎo)線若干(1)以上器材中，應(yīng)選用的器材有__________(只填代號(hào)字母)．(2)在下面虛線框中畫出你所設(shè)計(jì)的電路圖，并把圖(乙)的實(shí)物連成實(shí)際測(cè)量電路，要求盡可能測(cè)出多組有關(guān)數(shù)值．(3)實(shí)驗(yàn)中要測(cè)量的物理量有：______________.(4)計(jì)算金屬管線內(nèi)部空間截面積S0的表達(dá)式為：S0＝__________________.[思路點(diǎn)拔]靈活應(yīng)用測(cè)金屬絲電阻率的實(shí)驗(yàn)原理來(lái)解決實(shí)際問題，考查學(xué)生的創(chuàng)造性思維．[解析]

(1)電壓表只能選量程3V的E，因此流過(guò)此金屬管線最大電流約為3V÷10Ω＝0.3A，故電流表選量程600mA的A1；滑動(dòng)變阻器R1最大阻值太大，不便于調(diào)節(jié)，故應(yīng)選滑動(dòng)變阻器R2.(2)由于Rx＝10Ω<，故采用電流表外接法；要求盡可能測(cè)出多組有關(guān)數(shù)值，故應(yīng)采用滑動(dòng)變阻器的分壓式接法．(4)金屬管線截面積S＝ρL/R，R＝U/I，S0＝a2－S，聯(lián)立解得：S0＝a2－ρIL/U.[答案]

(1)ABCEGHI(2)電路及實(shí)驗(yàn)測(cè)量電路如圖1和圖2所示．(3)用螺旋測(cè)微器測(cè)橫截面邊長(zhǎng)a，用毫米刻度尺測(cè)金屬管線長(zhǎng)度L，電壓表示數(shù)U，電流表示數(shù)I.(4)a2－ρIL/U.如圖所示，P是一根表面均勻地鍍有很薄的發(fā)熱電阻膜的長(zhǎng)陶瓷管(其長(zhǎng)度L為50cm左右，直徑D為10cm左右)，膜的電阻率為ρ，管的兩端有導(dǎo)電箍MN，現(xiàn)有米尺，電壓表V，電流表A，電源E，滑動(dòng)變阻器R，開關(guān)S和