届新课标高考物理总复习学案安徽北京专版第七单元恒定电流第3节实验八测的金属的电阻率Word下载.docx
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电流表分压U测=Ux+UA
电压表分流I测=Ix+IV
电阻测量值
R测=I测(U测)U测I测=Rx+RA>
Rx测
量值大于真实值
R测=I测(U测)U测I测=Rx+RV(RxRV)RxRVRx+RV<
Rx
测量值小于真实值
适用条件
RA≪Rx
RV≫Rx
适用于测量
大电阻
小电阻
(2)两种电路的选择:
①阻值比较法:
先将待测电阻的估计值与电压表、电流表内阻进行比较,若Rx较小,宜采用电流表外接法;
若Rx较大,宜采用电流表内接法。
简单概括为“大内偏大,小外偏小”。
③试触法:
如图实-8-2所示,将电压表分别接在a、c和b、c两点间时,若电流表示数变化较大,说明电压表分流较大,应选用内接法,若电压表示数变化较大,则选用外接法。
图实-8-2
被测金属丝,螺旋测微器,毫米刻度尺,电池组,电流表,电压表,滑动变阻器,开关,导线若干。
(3)按照原理图连好用伏安法测电阻的实验电路。
(4)把滑动变阻器调到接入电路中的电阻值最大的位置,检查无误后,闭合开关S,改变滑动变阻器滑动片的位置,读出几组相应的电流值和电压值记录在表格中,断开S,求出导线电阻Rx的平均值。
(5)整理仪器。
1.螺旋测微器的使用
(1)测量前须校对零点:
先使测砧A与测微螺杆P并拢,观察可动刻度零刻度线与固定刻度的轴向线是否重合,以及可动刻度的边缘与固定刻度的零刻度线是否重合,不重合时,用存放在螺旋测微器盒中的工具调节,直到完全重合为止。
(2)测量时,当测微螺杆P将要接触被测物体时,要停止使用旋钮K,改用微调旋钮K′,以避免P和被测物体间产生过大的压力。
这样,既可以保护仪器,又能保证测量结果准确。
当听到“咔、咔…”声后,停止转动,即可读数。
(3)螺旋测微器应估读一位,即以mm作单位,应读到小数点后面第三位。
(4)为防止读出的数据出现差错,可在读数前估计大概读数值,若发现最后读数与开始估计数值相差较大,立即检查出错原因,如半毫米刻线是否露出。
2.测定金属的电阻率
(1)为了方便,测量直径应在导线连入电路前进行,为了准确测量金属丝的长度,应该在连入电路之后在拉直的情况下进行,测量待测导线接入电路的两个端点之间的长度。
(2)本实验中被测金属丝的电阻值较小,故须采用电流表外接法。
(3)开关S闭合前,滑动变阻器的阻值要调至最大。
(4)电流不宜太大(电流表用0~0.6A量程),通电时间不宜太长,以免金属丝温度升高,导致电阻率在实验过程中变大。
(5)实验连线时,应先从电源的正极出发,依次将电源、开关、电流表、待测金属丝、滑动变阻器连成干路,然后再把电压表并联在待测金属丝的两端。
在本实验中,由于电表内电阻的影响,从而使金属导线电阻测量值偏小,可以改进实验电路,消除由于电表内阻的影响而带来的实验误差。
1.等效替换法
连接电路如图实-8-3所示,R为电阻箱,Rx为待测电阻,通过调节电阻箱R,使单刀双掷开关S分别接1和2时,电流表中的电流示数相同,则表明Rx=R,即可测出Rx。
图实-8-3
[例1] (2011·
天津高考)某同学测量阻值约为25kΩ的电阻Rx,现备有下列器材:
A.电流表(量程100μA,内阻约2kΩ);
B.电流表(量程500μA,内阻约300Ω);
C.电压表(量程15V,内阻约100kΩ);
D.电压表(量程50V,内阻约500kΩ);
E.直流电源(20V,允许最大电流1A);
F.滑动变阻器(最大阻值1kΩ,额定功率1W);
G.电键和导线若干。
电流表应选________,电压表应选________。
(填字母代号)该同学正确选择仪器后连接了以下电路,为保证实验顺利进行,并使测量误差尽量减小,实验前请你检查该电路,指出电路在接线上存在的问题:
图实-8-5
①____________________________________________;
②____________________________________________。
[答案] B C
①电流表应采用内接的方法
②滑动变阻器应采用分压式的接法
[例2] 用伏安法测量电阻阻值R,并求出电阻率ρ。
某同学所用实验电路如图实-8-6所示。
给定电压表、电流表、滑动变阻器、电源、电键、待测电阻及导线若干。
(1)待测电阻是一均匀材料制成的金属丝(横截面为圆形),用直尺测量其长度,用螺旋测微器测量其直径,结果分别如图实-8-7甲、乙所示。
图实-8-6
由图可知其长度为________cm,直径为________mm。
甲乙
图实-8-7
(2)闭合电键后,发现电流表示数为零、电压表示数与电源电动势相同,则发生故障的是____________(填“待测金属丝”“滑动变阻器”或“电键”)。
(3)对照电路的实物连接画出正确的电路图。
(4)图实-8-8中的6个点表示实验中测得的6组电流I、电压U的值,请在图中作出U-I图线。
图实-8-8
(5)求出的电阻值R=____________Ω(保留3位有效数字)。
(6)请根据以上测得的物理量写出电阻率的表达式ρ=____________。
[解析]
(1)直尺的读数为59.40cm。
螺旋测微器的读数为:
0.434mm。
(2)电流表示数为零,说明出现断路,电压表示数与电源电动势相同,说明待测金属丝发生断路。
(3)电路图如图所示。
(4)作U-I直线,舍去左起第2点,其余5个点尽量靠近直线且均匀分布在直线两侧。
[例3] 碳膜电阻是在绝缘介质骨架上镀一层碳膜。
己知某碳膜电阻阻值约为10Ω,其结构如图实-8-9所示,现通过实验测定碳膜厚度,备用器材如下:
图实-8-9
A.电流表(量程0~0.6A,内阻约0.2Ω)
B.电流表(量程0~3A,内阻约0.03Ω)
C.电压表(量程0~3V,内阻约30kΩ)
D.电压表(量程0~15V,内阻约150kΩ)
E.滑动变阻器(最大值为2Ω)
F.滑动变阻器(最大值为20Ω)
G.滑动变阻器(最大值为200Ω)
H.学生电源(4V)
I.螺旋测微器
J.游标卡尺
实验主要步骤:
(1)用伏安法较准确地测量电阻的阻值。
电流表选________,电压表选________,滑动变阻器选________。
(填标号)
(2)在虚框中画出电路图
(3)若测得电阻值为R,该材料的电阻率为ρ,则碳膜厚度的表达式为:
d=________(用R、D、L、ρ表示)。
(2)被测电阻为小电阻,故电路采用电流表外接法;
电路无特殊要求,可采用限流法接入滑动变阻器。
电路如图所示。
[每课一测]
1.在“探究决定导线电阻的因素”的实验中,以下操作中错误的是( )
A.用米尺测量金属丝的全长,且测量三次,算出其平均值,然后再将金属丝接入电路中
B.用螺旋测微器在金属丝三个不同部位各测量一次直径,算出其平均值
C.用伏安法测电阻时采用电流表外接法,多次测量后算出平均值
D.实验中应保持金属丝的温度不变
解析:
实验中应测量出金属丝接入电路中的有效长度,而不是全长;
金属丝的电阻很小,与电压表内阻相差很大,使金属丝与电压表并联,电压表对它分流作用很小,应采用电流表外接法。
。
答案:
A
2.分别用图实-8-10所示的甲、乙两种电路测量同一未知电阻的阻值。
图甲中两表的示数分别为3V、4mA,图乙中两表的示数分别为4V、3.9mA,则待测电阻Rx的真实值为( )
图实-8-10
A.略小于1kΩ B.略小于750Ω
C.略大于1kΩD.略大于750Ω
先判断采用的测量方法,由于在两种不同的接法中电压表的示数变化大,说明测量的是小电阻,这样电流表分压较大,应该采用图甲进行测量比较准确。
图甲中测量值为R测==750Ω,较真实值偏小。
故D项正确。
D
3.用螺旋测微器测圆柱体的直径时,示数如图实-8-11所示,此示数为________mm。
用游标为50分度的卡尺(测量值可准确到0.02mm)测定某圆柱的直径时,卡尺上的示数如图实-8-12所示,可读出圆柱的直径为________mm。
图实-8-11
图实-8-12
螺旋测微器读数时,首先要明确其精确度为0.01mm,读取固定刻度上的数值时,要看半毫米刻度线是否露出;
游标卡尺读数时应注意精确度、单位,读法为主尺读数加游标卡尺读数。
对于题图实-7-11,读数是(8+11.6×
0.01)mm=8.116mm,
对于题图实-7-12,读数是(42+6×
0.02)mm=42.12mm。
8.116 42.12
4.(2011·
浙江高考)在“探究导体电阻与其影响因素的定量关系”实验中,为了探究3根材料未知,横截面积均为S=0.20mm2的金属丝a、b、c的电阻率,采用如图实-8-13所示的实验电路。
M为金属丝c的左端点,O为金属丝a的右端点,P是金属丝上,可移动的接触点。
在实验过程中,电流表读数始终为I=1.25A。
电压表读数U随OP间距离x的变化如下表:
图实-8-13
x/mm
600
700
800
900
1000
1200
1400
U/V
3.95
4.50
5.10
5.90
6.50
6.65
6.82
1600
1800
2000
2100
2200
2300
2400
6.93
7.02
7.15
7.85
8.50
9.05
9.75
(1)绘出电压表读数U随O、P间距离x变化的图线;
(2)求出金属丝的电阻率ρ,并进行比较。
解析:
(1)作图线要求做到建轴、坐标、描点、连线的步骤。
(2)由电阻定律R=ρ和R=,得ρ=·
,结合
(1)的图线,即ρ=。
具体计算如下:
ρa=Ω·
m=1.04×
10-6Ω·
m
ρb=Ω·
m=9.6×
10-8Ω·
ρc=Ω·
通过计算可知,金属丝a与c电阻率相同,远大于金属丝b的电阻率。
电阻率的允许范围
ρa:
0.96×
10-6~1.10×
ρb:
8.5×
10-8~1.10×
10-7Ω·
ρc:
(1)见解析图
(2)ρa:
5.在测定金属电阻率的实验中,某同学连接电路如图实-8-14所示。
闭合电键后,发现电路有故障(已知电源、电表和导线均完好,电源电动势为E):
图实-8-14
(1)若电流表示数为零、电压表示数为E,则发生故障的是________(填“待测金属丝”“滑动变阻器”或“电键”)。
(2)若电流表、电压表示数均为零,该同学利用多用电表检查故障。
先将选择开关旋至________挡(填“欧姆×
100”“直流电压10V”或“直流电流2.5mA”),再将________(填“红”或“黑”)表笔固定在a接线柱,把另一支表笔依次接b、c、d接线柱。
若只有滑动变阻器断路,则多用电表的示数依次是________、________、________。
若电流表示数为零,电压表示数为E,说明电压表与电源构成闭合回路,发生故障的是待测金属丝。
利用多用电表检测含电源电路故障,应先将开关旋转至直流电压10V挡,再将红表笔固定在电源正极a接线柱上,若只有滑动变阻器断路,把另一支表笔接b时,多用电表示数为0;
把另一支表笔接c时,多用电表示数为E;
把另一支表笔接d时,多用电表示数为E。
(1)待测金属丝
(2)直流电压10V 红 0 E E
6.(2011·
江苏高考)某同学利用如图实-8-15所示的实验电路来测量电阻的阻值。
图实-8-15
(1)将电阻箱接入a、b之间,闭合开关。
适当调节滑动变阻器R′后保持其阻值不变。
改变电阻箱的阻值R,得到一组电压表的示数U与R的数据如下表:
电阻R/Ω
5.0
10.0
15.0
25.0
35.0
45.0
电压U/V
1.00
1.50
1.80
2.14
2.32
2.45
请根据实验数据作出U—R关系图线。
(2)用待测电阻Rx替换电阻箱,读得电压表示数为2.00V。
利用
(1)中测绘的U—R图线可得Rx=________Ω。
(3)使用较长时间后,电池的电动势可认为不变,但内阻增大。
若仍用本实验装置和
(1)中测绘的U—R图线测定某一电阻,则测定结果将________(选填“偏大”或“偏小”)。
现将一已知阻值为10Ω的电阻换接在a、b之间,你应如何调节滑动变阻器,便仍可利用本实验装置和
(1)中测绘的U—R图线实现对待测电阻的准确测定?
(1)首先确定两坐标轴的刻度,要注意使图线布满整个坐标纸,其次将表中数据在坐标纸上描点。
第三步是连线,要注意画出平滑的曲线,不能连成折线。
(2)在所得图线上确定纵坐标为2.00V的点对应的横坐标即为所求结果。
(3)当电源内阻r增大时,在R相同的情况下电路中电流I=变小,从而导致R两端电压偏小,则从原U-R图线中读得的R值偏小。
要使利用原测绘的U-R图线准确测量待测电阻,就需保证原图线中U与R的对应性,从表中数据可以看到,R=10.0Ω时U=1.50V,故需调节R′使电压表示数为1.50V。
(1)如图所示
(2)20(19~21都算对) (3)偏小 改变滑动变阻器阻值,使电压表示数为1.50V