高三物理復(fù)習(xí)實(shí)驗(yàn)八測(cè)定金屬的電阻率省公開課一等獎(jiǎng)新名師獲獎(jiǎng)

試驗(yàn)八測(cè)定金屬電阻率1/76【試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)】1.掌握電流表、電壓表和滑動(dòng)變阻器使用方法。2.掌握螺旋測(cè)微器和游標(biāo)卡尺使用和讀數(shù)方法。3.會(huì)用伏安法測(cè)電阻,深入測(cè)定金屬電阻率。2/76【試驗(yàn)原理】1.螺旋測(cè)微器:(1)結(jié)構(gòu):如圖,螺旋測(cè)微器測(cè)砧A和固定刻度B固定在尺架C上,可動(dòng)刻度E、旋鈕D、微調(diào)旋鈕D′是與測(cè)微螺桿F連在一起,經(jīng)過精密螺紋套在B上。3/76(2)原理:可動(dòng)刻度E上刻度為50等份,則螺旋測(cè)微器準(zhǔn)確度為0.01mm。(3)讀數(shù)。①測(cè)量時(shí)被測(cè)物體長(zhǎng)度半毫米數(shù)由固定刻度讀出,不足半毫米部分由可動(dòng)刻度讀出。②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)。4/76③如圖所表示,固定刻度示數(shù)為2.0mm,而從可動(dòng)刻度上讀示數(shù)為15.0,最終讀數(shù)為2.0mm+15.0×0.01mm=2.150mm。5/762.游標(biāo)卡尺:(1)結(jié)構(gòu):主尺、游標(biāo)尺(主尺和游標(biāo)尺上各有一個(gè)內(nèi)、外測(cè)量爪),游標(biāo)尺上還有一個(gè)深度尺(如圖所表示)。6/76(2)用途:測(cè)量厚度、長(zhǎng)度、深度、內(nèi)徑、外徑。(3)原理:利用主尺最小分度與游標(biāo)尺最小分度差值制成。不論游標(biāo)尺上有多少個(gè)小等分刻度,它刻度部分總長(zhǎng)度比主尺上一樣多小等分刻度總長(zhǎng)度少1mm。常見游標(biāo)卡尺游標(biāo)尺上小等分刻度有10格、20格、50格,其準(zhǔn)確度見下表:7/76刻度格數(shù)(分度)刻度總長(zhǎng)度每小格與1mm差值準(zhǔn)確度(可準(zhǔn)確到)109mm0.1mm0.1mm2019mm0.05mm0.05mm5049mm0.02mm0.02mm8/76(4)讀數(shù):若用x表示從主尺上讀出整毫米數(shù),K表示從游標(biāo)尺上讀出與主尺上某一刻線對(duì)齊游標(biāo)格數(shù),則統(tǒng)計(jì)結(jié)果表示為(x+K×準(zhǔn)確度)mm。需要注意是,不論是哪種卡尺,K值均不需要估讀。(5)如圖所表示,有一游標(biāo)卡尺,主尺最小分度是1mm,游標(biāo)上有20個(gè)小等分刻度。用它測(cè)量一工件長(zhǎng)度,圖示讀數(shù)為104mm+0.05×0mm=104.00mm。9/7610/763.伏安法測(cè)電阻:電流表內(nèi)接法和外接法比較。電流表內(nèi)接法電流表外接法電路圖

適用條件大電阻(Rx>或RA?Rx)小電阻(Rx<或RV?Rx)11/76電流表內(nèi)接法電流表外接法誤差分析因?yàn)殡娏鞅矸謮?R測(cè)==Rx+RA>Rx測(cè)量值大于真實(shí)值因?yàn)殡妷罕矸至?R測(cè)=<Rx測(cè)量值小于真實(shí)值12/764.電阻率測(cè)定原理:(1)把金屬絲接入電路中,用伏安法測(cè)金屬絲電阻,Rx=,電路原理如圖所表示。13/76(2)用毫米刻度尺測(cè)金屬絲接入電路部分長(zhǎng)度l,用螺旋測(cè)微器測(cè)得金屬絲直徑d,算出橫截面積S=(3)依據(jù)電阻定律R=,得金屬絲電阻率ρ=14/76【試驗(yàn)器材】被測(cè)金屬絲,直流電源(4V),電流表(0～0.6A),電壓表(0～3V),滑動(dòng)變阻器(50Ω),開關(guān),導(dǎo)線若干,螺旋測(cè)微器,毫米刻度尺。15/76【試驗(yàn)過程】1.直徑測(cè)定:用螺旋測(cè)微器(或游標(biāo)卡尺)在被測(cè)金屬絲上三個(gè)不一樣位置各測(cè)一次直徑,求出其平均值d,計(jì)算出金屬絲橫截面積S=16/762.電路連接:按如圖所表示電路原理圖連接好用伏安法測(cè)電阻試驗(yàn)電路。17/763.長(zhǎng)度測(cè)量:用毫米刻度尺測(cè)量接入電路中被測(cè)金屬絲有效長(zhǎng)度,重復(fù)測(cè)量3次,求出其平均值l。4.U、I測(cè)量:把滑動(dòng)變阻器滑片調(diào)整到使接入電路中電阻值最大位置,電路經(jīng)檢驗(yàn)確認(rèn)無誤后,閉合開關(guān)S,改變滑動(dòng)變阻器滑片位置,讀出幾組對(duì)應(yīng)電流表和電壓表示數(shù)I和U值,填入表格中,斷開開關(guān)S。18/76UI5.拆除試驗(yàn)線路,整理好試驗(yàn)器材。19/76【數(shù)據(jù)處理】1.求Rx:(1)計(jì)算法:用Rx=分別算出各次數(shù)值,再取平均值。(2)圖象法:畫出U-I圖象,U-I圖象斜率等于Rx。20/762.計(jì)算電阻率:將統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)U、I、l、d值代入電阻率計(jì)算式ρ=21/76【誤差分析】1.系統(tǒng)誤差:(1)采取伏安法測(cè)量金屬絲電阻時(shí),因?yàn)椴扇∈请娏鞅硗饨臃?測(cè)量值小于真實(shí)值,使電阻率測(cè)量值偏小。(2)因?yàn)榻饘俳z通電后發(fā)燒升溫,會(huì)使金屬絲電阻率變大,造成測(cè)量誤差。22/762.偶然誤差:(1)金屬絲橫截面積是利用直徑計(jì)算而得到,直徑測(cè)量是產(chǎn)生誤差主要起源之一。(2)金屬絲長(zhǎng)度測(cè)量、電流表和電壓表讀數(shù)等均會(huì)帶來偶然誤差。23/76【注意事項(xiàng)】1.螺旋測(cè)微器使用:(1)測(cè)量前應(yīng)校對(duì)零點(diǎn):使測(cè)砧A與測(cè)微螺桿P并攏,觀察可動(dòng)刻度零刻線與固定刻度軸向線是否重合,以及可動(dòng)刻度邊緣與固定刻度零刻線是否重合。(2)測(cè)量時(shí),當(dāng)測(cè)微螺桿P將要接觸被測(cè)物體時(shí),要停頓使用旋鈕K,改用微調(diào)旋鈕K′,當(dāng)聽到“咔、咔”聲時(shí),停頓轉(zhuǎn)動(dòng),以防止P和被測(cè)物體間產(chǎn)生過大壓力。24/76(3)螺旋測(cè)微器應(yīng)估讀一位,即以mm作單位,讀到小數(shù)點(diǎn)后面第三位。25/762.測(cè)定金屬電阻率:(1)測(cè)量被測(cè)金屬導(dǎo)線有效長(zhǎng)度,即電壓表兩端點(diǎn)間待測(cè)導(dǎo)線長(zhǎng)度,測(cè)量時(shí)應(yīng)將導(dǎo)線拉直,重復(fù)測(cè)量三次,求其平均值。(2)閉合開關(guān)S之前,一定要使滑動(dòng)變阻器滑片處于有效阻值最大位置。(3)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),以免金屬絲溫度升高,造成電阻率在試驗(yàn)過程中變大。26/76熱點(diǎn)一試驗(yàn)儀器讀數(shù)和試驗(yàn)原理【典例1】(·鶴壁模擬)在“測(cè)定圓柱形材料電阻率”試驗(yàn)中,世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號(hào)4272217927/76(1)某同學(xué)用螺旋測(cè)微器測(cè)樣品直徑時(shí),結(jié)果如圖所表示,則該樣品直徑為________mm。(2)給樣品通電,用量程為3V電壓表和量程為0.6A電流表測(cè)樣品兩端電壓和經(jīng)過樣品電流時(shí)讀數(shù)如圖所表示,則電流表讀數(shù)為________A。28/76(3)用米尺測(cè)量樣品長(zhǎng)度L=0.810m。利用以上測(cè)量數(shù)據(jù),可得這種材料電阻率為________Ω·m(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。29/76【解析】(1)螺旋測(cè)微器讀數(shù):2.5mm+43.5×0.01mm=2.935mm。(2)電流表量程為0.6A,每一小格為0.02A,所以電流表讀數(shù):0.52A。(3)由R=得:ρ=代入數(shù)據(jù)得:ρ=4.2×10-5Ω·m。答案:(1)2.935(2)0.52(3)4.2×10-530/76【強(qiáng)化訓(xùn)練】(·孝感模擬)在測(cè)量金屬絲電阻率試驗(yàn)中,可供選取器材以下:待測(cè)金屬絲:Rx(阻值約4Ω,額定電壓約2V);電壓表:V(量程3V,內(nèi)阻約3kΩ);電流表:A1(量程0.6A,內(nèi)阻約0.2Ω);A2(量程3A,內(nèi)阻約0.05Ω);31/76電源:E1(電動(dòng)勢(shì)3V,內(nèi)阻不計(jì));E2(電動(dòng)勢(shì)12V,內(nèi)阻不計(jì));滑動(dòng)變阻器:R1(最大阻值約20Ω);R2(最大阻值約1kΩ);螺旋測(cè)微器、毫米刻度尺、開關(guān)、導(dǎo)線。32/76(1)用螺旋測(cè)微器測(cè)量金屬絲直徑,示數(shù)如圖所表示,讀數(shù)為________mm。(2)為使測(cè)量盡可能準(zhǔn)確,需要多組測(cè)量,電流表應(yīng)選________、電源應(yīng)選________、滑動(dòng)變阻器應(yīng)選________(均填器材代號(hào)),在虛線框中完成電路原理圖。33/7634/76【解析】(1)由圖可讀出螺旋測(cè)微器示數(shù)為1.5mm+27.3×0.01mm=1.773mm。(2)因?yàn)殡妷罕砹砍虨?～3V,待測(cè)金屬絲兩端電壓最大為3V,電源選E1。試驗(yàn)中待測(cè)電流最大值Im==0.75A,電流表選量程較小A1,測(cè)量精度較高。35/76滑動(dòng)變阻器R2全電阻較大,試驗(yàn)中會(huì)使電流過小,應(yīng)選全電阻較小R1。因?yàn)镽1全電阻大于待測(cè)金屬絲電阻,應(yīng)采取分壓式接法。因?yàn)殡娏鞅黼娮栊∮诖郎y(cè)電阻而電壓表電阻遠(yuǎn)大于待測(cè)電阻,電流表外接,試驗(yàn)電路如圖所表示。答案:(1)1.773(1.771～1.775均正確)(2)A1E1R1電路圖看法析圖36/76熱點(diǎn)二試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和處理【典例2】試驗(yàn)室購置了一捆標(biāo)稱長(zhǎng)度為100m銅導(dǎo)線,某同學(xué)想經(jīng)過試驗(yàn)測(cè)定其實(shí)際長(zhǎng)度。該同學(xué)首先測(cè)得導(dǎo)線橫截面積為1.0mm2,查得銅電阻率為1.7×10-8Ω·m,再利用圖甲所表示電路測(cè)出銅導(dǎo)線電阻Rx,從而確定導(dǎo)線實(shí)際長(zhǎng)度。37/7638/76可供使用器材有:電流表:量程0.6A,內(nèi)阻約0.2Ω;電壓表:量程3V,內(nèi)阻約9kΩ;滑動(dòng)變阻器R1:最大阻值5Ω;滑動(dòng)變阻器R2:最大阻值20Ω;定值電阻:R0=3Ω電源:電動(dòng)勢(shì)6V,內(nèi)阻可不計(jì);開關(guān)、導(dǎo)線若干。39/76回答以下問題:世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號(hào)42722180(1)試驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器應(yīng)選________(選填“R1”或“R2”),閉合開關(guān)S前應(yīng)將滑片移至________(選填“a”或“b”)端。(2)在實(shí)物圖丙中,已正確連接了部分導(dǎo)線,請(qǐng)依據(jù)圖甲電路完成剩下部分連接。40/7641/76(3)調(diào)整滑動(dòng)變阻器,當(dāng)電流表讀數(shù)為0.50A時(shí),電壓表示數(shù)如圖乙所表示,讀數(shù)為__________V。(4)導(dǎo)線實(shí)際長(zhǎng)度為________m(保留2位有效數(shù)字)。42/76【解析】(1)被測(cè)電阻阻值約為Rx==1.7×10-8×Ω=1.7Ω,而電路中最大電流為Im=0.6A,所以電路中總電阻最小值為R=Ω=10Ω,則滑動(dòng)變阻器阻值最小為R動(dòng)=R-Rx-R0=5.3Ω,故滑動(dòng)變阻器應(yīng)選擇R2;在電路中滑動(dòng)變阻器為限流接法,閉合開關(guān)之前,其阻值應(yīng)置于最大值處,即a處。43/76(2)電路連接如圖所表示44/76(3)電壓表讀數(shù)為2.30V。(4)被測(cè)電阻測(cè)量值為Rx=-R0,Rx=,代入數(shù)據(jù),解得導(dǎo)線實(shí)際長(zhǎng)度為l=94m。答案:(1)R2a(2)看法析(3)2.30(4)9445/76【強(qiáng)化訓(xùn)練】(·武漢模擬)某學(xué)習(xí)小組用伏安法測(cè)量一未知電阻Rx阻值,給定器材及規(guī)格為:電流表A(量程為0～5mA,內(nèi)阻約為10Ω);電壓表V(量程為0～3V,內(nèi)阻約為3kΩ);最大阻值約為100Ω滑動(dòng)變阻器;電源E(電動(dòng)勢(shì)約3V);開關(guān)S、導(dǎo)線若干。46/76(1)因?yàn)椴恢牢粗娮枳柚捣秶?先采取如圖甲所表示電路試測(cè),讀得電壓表示數(shù)大約為2.5V,電流表示數(shù)大約為5mA,則未知電阻阻值Rx大約為________Ω。47/76(2)經(jīng)分析,該電路測(cè)量誤差較大,需改進(jìn)。請(qǐng)直接在圖甲上改畫:①在不需要連線上畫“×”表示,②補(bǔ)畫上需要添加連線。(3)對(duì)改進(jìn)電路進(jìn)行測(cè)量,并依據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)畫出了如圖乙所表示U-I圖象,得Rx=________Ω(保留三位有效數(shù)字)。48/76【解析】(1)依據(jù)用圖甲測(cè)量數(shù)據(jù)和歐姆定律可得Rx==500Ω。(2)待測(cè)電阻Rx約為500Ω,而電壓表內(nèi)阻約為3kΩ,是待測(cè)電阻6倍左右,電流表內(nèi)阻約為10Ω,待測(cè)電阻是電流表內(nèi)阻50倍左右,所以用電流表外接法電壓表分流作用比較大,應(yīng)改為電流表內(nèi)接法。49/7650/76(3)待測(cè)電阻Rx大小就等于圖乙中圖線斜率,即Rx==500Ω。答案:(1)500(2)看法析圖(3)50051/76熱點(diǎn)三試驗(yàn)拓展與創(chuàng)新【典例3】(·福州模擬)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T)要求自來水在15℃時(shí)電阻率應(yīng)大于13Ω·m。某同學(xué)利用圖甲電路測(cè)量15℃自來水電阻率,其中內(nèi)徑均勻圓柱形玻璃管側(cè)壁連接一細(xì)管,細(xì)管上加有閥門K以控制管內(nèi)自來水52/76水量,玻璃管兩端接有導(dǎo)電活塞(活塞電阻可忽略),右活塞固定,左活塞可自由移動(dòng)。試驗(yàn)器材還有:電源(電動(dòng)勢(shì)約為3V,內(nèi)阻可忽略),電壓表V1(量程為3V,內(nèi)阻很大),電壓表V2(量程為3V,內(nèi)阻很大),定值電阻R1(阻值4kΩ),定值電阻R2(阻值2kΩ),電阻箱R(最大阻值9999Ω),單刀雙擲開關(guān)S,導(dǎo)線若干,游標(biāo)卡尺,刻度尺。53/7654/76試驗(yàn)步驟以下:A.用游標(biāo)卡尺測(cè)量玻璃管內(nèi)徑d;B.向玻璃管內(nèi)注滿自來水,并用刻度尺測(cè)量水柱長(zhǎng)度L;C.把S撥到1位置,統(tǒng)計(jì)電壓表V1示數(shù);D.把S撥到2位置,調(diào)整電阻箱阻值,使電壓表V2示數(shù)與電壓表V1示數(shù)相同,統(tǒng)計(jì)電阻箱阻值R;55/76E.改變玻璃管內(nèi)水柱長(zhǎng)度,重復(fù)試驗(yàn)步驟C、D,統(tǒng)計(jì)每一次水柱長(zhǎng)度L和電阻箱阻值R;F.斷開S,整理好器材。世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號(hào)42722181(1)測(cè)玻璃管內(nèi)徑d時(shí)游標(biāo)卡尺示數(shù)如圖乙,則d=________mm。56/76(2)玻璃管內(nèi)水柱電阻Rx表示式為Rx=________(用R1、R2、R表示)。(3)利用統(tǒng)計(jì)多組水柱長(zhǎng)度L和對(duì)應(yīng)電阻箱阻值R數(shù)據(jù),繪制出如圖丙所表示R-關(guān)系圖象。自來水電阻率ρ=__________Ω·m(保留兩位有效數(shù)字)。57/76【解析】(1)依據(jù)游標(biāo)卡尺讀數(shù)規(guī)則,玻璃管內(nèi)徑d=30mm+0×0.05mm=30.00mm。(2)把S撥到1位置,統(tǒng)計(jì)電壓表V1示數(shù),得到經(jīng)過水柱電流I1=。由閉合電路歐姆定律,E=U+Rx;把S撥到2位置,調(diào)整電阻箱阻值,使電壓表V2示數(shù)與電壓表V1示數(shù)相同,統(tǒng)計(jì)電阻箱阻值R,得到該支路電流58/76I2=。由閉合電路歐姆定律,E=U+R2;聯(lián)立解得:Rx=(3)由電阻定律Rx=,Rx=聯(lián)立解得:R=R-關(guān)系圖象斜率k=0.4×103Ω·m,解得:ρ==14Ω·m。答案:(1)30.00(2)(3)1459/76【強(qiáng)化訓(xùn)練】1.某同學(xué)用以下器材測(cè)量一電阻絲電阻Rx:電源E,適當(dāng)量程電流表、電壓表各一只(電流表有內(nèi)阻,電壓表內(nèi)阻不是無限大),滑動(dòng)變阻器R、RP,開關(guān)S1、S2,導(dǎo)線若干。他設(shè)計(jì)如圖甲所表示電路測(cè)量電阻Rx值,并有效地消除了因電壓表和電流表內(nèi)阻而產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。60/76試驗(yàn)步驟以下:A.先閉合S1,斷開S2,調(diào)整R和RP,使電流表和電壓表示數(shù)合理,記下兩表示數(shù)為I1、U1;B.閉合S2,調(diào)整RP,記下電流表和電壓表示數(shù)為I2、U2。61/76(1)請(qǐng)你幫他按電路圖在實(shí)物圖乙上連線。(2)指出上述步驟B中錯(cuò)誤做法并進(jìn)行更正:______,寫出用測(cè)量數(shù)據(jù)表示被測(cè)電阻Rx表示式:_______。62/76【解析】(1)由電路圖連接實(shí)物圖,如圖所表示:63/76(2)先閉合S1,斷開S2,依據(jù)歐姆定律,則有:RP=①再閉合S2,則有:②聯(lián)立上式,解得:Rx=64/76由以上解析過程可知,①②兩式中RP應(yīng)相等,所以步驟B中應(yīng)保持RP不變。答案:(1)看法析圖(2)應(yīng)該保持RP不變,測(cè)出電流表