高中物理选修31学案实验测定金属的电阻率同步练习课堂练习Word含答案.docx
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高中物理选修31学案实验测定金属的电阻率同步练习课堂练习Word含答案
实验：
测定金属的电阻率
[目标定位]1.进一步掌握用伏安法测电阻的电路的设计思想.2.掌握螺旋测微器的读数方法.3.掌握测定金属电阻率的实验原理、实验过程及数据处理方法．
一、螺旋测微器的读数原理
1．构造及原理：
如图1所示，它的测砧A和固定刻度B固定在尺架C上，可动刻度E、旋钮D、微调旋钮D′是与测微螺杆F连在一起的，并通过精密螺纹套在B上，精密螺纹的螺距是0.5mm，即旋钮D每转一周，测微螺杆F前进或后退________mm，可动刻度分成50等份，每一等份表示__________．
图1
2．使用方法：
当A与F并拢时，可动刻度E的零点恰好跟固定刻度B的零点重合，逆时针旋转旋钮D，将测微螺杆F旋出，把被测物体放入A、F之间，再顺时针旋转旋钮D，使A、F正好接触被测物．在使用时，F快要接触被测物时，要停止使用旋钮D，改用微调旋钮D′.
3．读数方法：
L＝固定刻度示数＋可动刻度示数（估读一位）×分度值．
注意
（1）以毫米为单位时，小数点后面要有三位有效数字，特别是最后一位估读数字为零时，不能省略．
（2）在读数时注意半毫米刻度线是否已露出．
二、实验操作
1．实验原理
图2
（1）把金属丝接入电路中，用伏安法测金属丝的电阻R（R＝________）．电路原理图如图2所示．
（2）用________________测出金属丝的长度L，用________________测出金属丝的直径d，算出横截面积S（S＝
）．
（3）由电阻定律R＝__________，得ρ＝
＝
＝
，求出电阻率．
2．实验器材
螺旋测微器、________________、电压表、电流表、定值电阻、开关及导线、被测金属导线、电池、________________.
3．实验步骤
（1）测直径：
用螺旋测微器在被测金属导线上三个不同位置各测一次直径，并记录．
（2）连电路：
按如图2所示的电路图连接实验电路．
（3）量长度：
用________________测量接入电路中的被测金属导线的有效长度，反复测量3次，并记录．
（4）求电阻：
把滑动变阻器的滑动触头调节到使接入电路中的电阻值________的位置，电路经检查确认无误后，闭合开关S.改变滑动变阻器滑动触头的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值，记入表格内，断开开关S.
（5）拆除实验电路，整理好实验器材．
4．数据处理
电阻R的数值可用以下两种方法确定：
（1）计算法：
利用每次测量的U、I值分别计算出电阻，再求出电阻的__________作为测量结果．
（2）图像法：
可建立I－U坐标系，将测量的U、I值描点作出图像，利用图像的________来求出电阻值R.
5．实验注意事项
（1）因一般金属导线电阻较小，为了减小实验的系统误差，必须选择电流表________法．
（2）本实验用限流式接法，在接通电源之前应将滑动变阻器调到阻值________状态．
（3）测量L时应测接入电路的金属导线的________长度（即两接线柱之间的长度）；在金属导线的3个不同位置上用螺旋测微器测量直径d.
（4）电流不宜过________（电流表用0～0.6A量程），通电时间不宜________，以免电阻率因温度升高而变化．
一、仪器的选择和电路的设计
例1 在测定金属的电阻率的实验中，可供选用的器材如下：
待测金属丝：
Rx（阻值约4Ω，额定电流约0.5A）；
电压表：
V（量程3V，内阻约3kΩ）；
电流表：
A1（量程0.6A，内阻约0.2Ω）；
A2（量程3A，内阻约0.05Ω）；
电源：
E1（电源电压为3V）；
E2（电源电压为12V）；
滑动变阻器：
R（最大阻值约20Ω）；
螺旋测微器；毫米刻度尺；开关S；导线．
图3
（1）用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图3所示，读数为________mm.
（2）若滑动变阻器采用限流式接法，为使测量尽量精确，电流表应选________，电源应选________（均填器材代号），在虚线框中完成电路原理图．
二、数据处理和实物图的连线
例2 利用螺旋测微器、米尺和如图4所示的器材（其中电流表的内阻为1Ω，电压表的内阻为5kΩ）测量一根粗细均匀的阻值约为5Ω的金属丝的电阻率．
（1）用笔画线代替导线，将图5中的器材连接成实物电路，要求连线不能交叉，电流表、电压表应该选择合适的量程（已知电源的电动势为6V，滑动变阻器的阻值为0～20Ω）．
图4
图5
图6
（2）实验时，用螺旋测微器测量金属丝的直径和用米尺测量金属丝的长度示数如图5所示，电流表、电压表的读数如图6所示．则金属丝两端的电压U＝______，电流I＝______，金属丝的长度L＝________，直径d＝________.
（3）该金属丝的电阻率是________．（保留两位有效数字）
在“测定金属的电阻率”的实验中，用螺旋测微器测量金属丝直径时的刻度位置如图7所示，用毫米刻度尺测出金属丝的长度L，金属丝的电阻大约为5Ω，先用伏安法测出金属丝的电阻R，然后根据电阻定律计算出该金属材料的电阻率．
图7
（1）从图中读出金属丝的直径为________mm.
（2）为此取来两节新的干电池、开关和若干导线及下列器材：
A．电压表0～3V，内阻10kΩ
B．电压表0～15V，内阻50kΩ
C．电流表0～0.6A，内阻0.05Ω
D．电流表0～3A，内阻0.01Ω
E．滑动变阻器，0～10Ω
F．滑动变阻器，0～100Ω
①要求较准确地测出其阻值，电压表应选____________________，电流表应选________________，滑动变阻器应选____________．（填序号）
②实验中某同学的实物接线如图8所示，请指出该同学实物接线中的两处明显错误．
图8
错误1：
________________________________________________________________________；
错误2：
________________________________________________________________________.
答案精析
知识探究
一、
1．0.5 0.01mm
二、
1．
（1）
（2）毫米刻度尺 螺旋测微器 （3）ρ
2．毫米刻度尺 滑动变阻器
3．（3）毫米刻度尺 （4）最大
4．
（1）平均值
（2）斜率
5．
（1）外接
（2）最大 （3）有效 （4）大 太长
典型例题
例1
（1）1.774（1.772～1.776均正确）
（2）A1 E1 见解析图
解析
（1）螺旋测微器的读数为：
1．5mm＋27.4×0.01mm＝1.774mm.
（2）在用伏安法测电阻的实验中，为使测量尽量精确，则电流表、电压表指针需达到半偏以上，又因待测金属丝的额定电流为0.5A，所以电流表选A1，电源选E1即可．电路原理图如图所示．
例2
（1）见解析图
（2）2.20V 0.44A
30．50cm 1.850×10－3m （3）4.4×10－5Ω·m
解析
（1）由于金属丝的电阻比电压表的内阻小得多，因此采用电流表外接法；由于金属丝的电阻比滑动变阻器的总电阻要小，因此采用限流式接法，为了保证滑动变阻器起限流作用，滑动变阻器应该连接“B、C”、“A、D”、“A、C”或“B、D”接线柱；由题图可以看出电流表应该连接“－”接线柱和“0.6”接线柱，具体连线如图所示．
（2）由所连电路图可以看出：
电压表的量程是3V，所以读数是2.20V；电流表的量程是0.6A，所以读数是0.44A；由于螺旋测微器的半毫米刻度线已经露出，因此读数是1.850×10－3m；米尺的读数是40.50cm－10.00cm＝30.50cm.
（3）由电阻定律得
ρ＝
＝
＝
Ω·m
≈4.4×10－5Ω·m.
达标检测
（1）0.680
（2）①A C E ②导线连接在滑动变阻器的滑片上
采用了电流表内接法
解析
（1）从螺旋测微器的固定刻度上可以看出，半毫米刻度线已经露出来，因此主尺上应读0.5mm，可动刻度上接近第18个刻度线，可以估读0.180mm，所以该金属丝直径应为0.5mm＋0.180mm＝0.680mm.
（2）①由电路图知电源是两节干电池，电动势是3V，用3V量程的电压表A；因为电阻丝的电阻大约为5Ω，如果把3V的电动势全加在电阻丝上，电流才是0.6A，因此用量程是0.6A的电流表C；此题中金属丝的电阻大约为5Ω，为了减小实验误差，应选10Ω的滑动变阻器E.
实验：
描绘小灯泡的伏安特性曲线
[目标定位]1.会正确选择实验器材和实验电路.2.描绘小灯泡的伏安特性曲线并掌握分析图线的方法．
一、电流表内接法和外接法的比较
内接法
外接法
电路图
误差原因
______表的分压
______表的分流
测量值和真实值的比较
R测＝
＝Rx＋RA
测量值________真实值
R测＝
＝
测量值________真实值
适用情况
测________（填“大”或“小”）电阻（
>
）
测________（填“大”或“小”）电阻（
>
）
二、滑动变阻器两种接法的比较
限流式接法
分压式接法
电路组成
变阻器接入电路的特点
采用“一上
一下”的接法
采用“两____一
______”的接法
调压范围
__________～E
（不计电源内阻）
__________～E
（不计电源内阻）
适用情况
负载电阻的阻值Rx与滑动变阻器的总电阻R____________，或R稍大，且电压、电流变化不要求从零开始
（1）要求负载上电压、电流变化范围较大，且从______开始连续可调
（2）负载电阻的阻值Rx__________滑动变阻器的总电阻R
三、实验：
描绘小灯泡的伏安特性曲线
1．实验原理
用__________测出流过小灯泡的电流，用____________测出小灯泡两端的电压，测出多组（U，I）值，在I－U坐标系中描出各对应点，用平滑曲线将这些点连接起来就得到了小灯泡的伏安特性曲线．
2．实验器材
学生电源（4～6V直流）或电池组、小灯泡（“4V 0.7A”或“3.8V 0.3A”）、____________、电压表、__________、开关、导线若干、铅笔、坐标纸．
3．实验步骤
图1
（1）根据小灯泡上所标的额定值，确定电流表、电压表的________，按图1所示的电路图连接好实物图．（注意开关应________，滑动变阻器与小灯泡并联部分电阻为________）
（2）闭合开关S，调节滑动变阻器，使电流表、电压表有较小的明显示数，记录一组电压U和电流I.
（3）用同样的方法测量并记录几组U和I，填入下表．
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
电压U/V
电流I/A
（4）断开开关，整理好器材．
4．数据处理
（1）在坐标纸上以U为横轴、I为纵轴建立直角坐标系．
（2）在坐标纸中描出各组数据所对应的点．（坐标系纵轴和横轴的标度要适中，以使所描图线充分占据整个坐标纸为宜）
（3）将描出的点用______________连接起来，就得到了小灯泡的伏安特性曲线．
5．实验结果与数据分析
（1）结果：
描绘出的小灯泡的伏安特性曲线不是直线，而是向________轴弯曲的曲线．
（2）分析：
灯泡灯丝的电阻随温度的变化而变化．曲线向横轴弯曲，即斜率变小，电阻变________，说明小灯泡灯丝的电阻随温度升高而________．
6．误差分析
（1）系统误差：
由于电压表不是理想电表，内阻并非无穷大，对电路的影响会带来误差．
（2）测量误差：
测量时读数带来误差．
7．注意事项
（1）因I－U图线是曲线，本实验要测出多组包括零在内的电压值、电流值，因此滑动变阻器应采用__________接法．
（2）由于小灯泡的电阻较小，故采用电流表________法．
（3）画I－U图线时纵轴、横轴的标度要适中，使所描绘图线占据整个坐标纸为宜，不要画成折线，应该用平滑的曲线连接，对个别偏离较远的点应舍去．
一、实验原理、器材、实物连线
例1 有一个小灯泡上标有“4V 2W”的字样，现在要用伏安法描绘这个灯泡的I－U图线．现有下列器材供选择：
A．电压表（0～5V，内阻10kΩ）
B．电压表（0～15V，内阻20kΩ）
C．电流表（0～3A，内阻1Ω）
D．电流表（0～0.6A，内阻0.4Ω）
E．滑动变阻器（10Ω，2A）
F．滑动变阻器（500Ω，1A）
G．学生电源（直流6V）、开关、导线若干
（1）实验时，选用图2中甲而不选用图乙的电路图来完成实验，请说明理由：
____.
图2
（2）实验中所用电压表应选用______，电流表应选用______，滑动变阻器应选用______．（用序号字母表示）．
（3）把图3所示的实验器材用实线连接成实物电路图．
图3
二、实验数据的处理
例2 某同学在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中得到如下表所示的几组U和I的数据：
编号
1
2
3
4
5
6
7
8
U/V
0.20
0.60
1.00
1.40
1.80
2.20
2.60
3.00
I/A
0.020
0.060
0.100
0.140
0.170
0.190
0.200
0.205
（1）在图4中画出I－U图像．
图4
（2）从图像上可以看出，当电压逐渐增大时，灯丝电阻的变化情况是______________________．
（3）这表明小灯泡的电阻随温度的升高而________．
“测绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，提供的实验器材有：
A．小灯泡（额定电压为3.8V，额定电流约为0.3A）
B．电流表A（0～0.6A，内阻约为0.5Ω）
C．电压表V（0～6V，内阻约为5kΩ）
D．滑动变阻器R1（0～10Ω，2A）
E．滑动变阻器R2（0～100Ω，0.2A）
F．电源（6V，内阻不计）
G．开关及导线若干
（1）实验中滑动变阻器选________（填“R1”或“R2”）
（2）该同学设计了实验测量电路，通过改变滑动变阻器滑片的位置，使电流表的读数从零开始变化，记录多组电压表的读数U和电流表的读数I.请在图5甲中用笔画线代替导线将实验电路连接完整．
图5
（3）该同学根据实验数据作出了如图乙所示的U－I图像，根据图像可知小灯泡的电阻随着电流的增大而________（填“增大”“减小”或“不变”）
答案精析
知识探究
一、
电流 电压 大于 小于 大 小
二、
（1）下 上
0 相差不大 零
（2）远大于
三、
1．电流表 电压表
2．滑动变阻器 电流表
3．
（1）量程 断开 零
4．（3）平滑的曲线
5．
（1）横
（2）大 增大
7．
（1）分压式
（2）外接
典型例题
例1
（1）描绘小灯泡的I－U图线所测数据需从零开始，并要多取几组数据
（2）A D E
（3）如图所示
解析 因实验目的是要描绘小灯泡的伏安特性曲线，需要多次改变小灯泡两端的电压，故采用图甲所示的分压式电路合适，这样电压可以从零开始调节，且能方便地测多组数据．因小灯泡额定电压为4V，则电压表选0～5V的A而舍弃0～15V的B，因15V的量程太大，读数误差大，小灯泡的额定电流I＝0.5A，则电流表只能选D.滑动变阻器F的最大阻值远大于小灯泡内阻8Ω，调节不方便，电压变化与滑动变阻器使用部分的长度线性关系差，故舍去．小灯泡内阻为电流表内阻的
＝20倍，电压表内阻是小灯泡的
＝1250倍，故电流表采用外接法．
例2
（1）见解析图
（2）开始时不变，后来逐渐增大 （3）增大
解析 画出I－U图像如图所示，曲线开始呈直线说明开始时电阻不变，后来逐渐靠近U轴说明电阻增大．
达标检测
（1）R1
（2）如图所示 （3）增大
解析 “测绘小灯泡的伏安特性曲线”实验应该设计成分压电路，滑动变阻器选择阻值范围小的R1.由于小灯泡电阻小，采用电流表外接电路．根据图像可知小灯泡的电阻随着电流的增大而增大．
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