电学实验测定金属的电阻率探究式导学类教学设计.docx
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电学实验测定金属的电阻率探究式导学类教学设计
学校:
包头市百灵庙中学学科:
高二物理编写人:
史殿斌审稿人:
第二章恒定电流实验二:
测定金属的电阻率探究式导学类教学设计
1.实验目的
(1)掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法及电流表和电压表的读数方法。
(2)会用伏安法测电阻,并能测定金属的电阻率。
(3)练习使用螺旋测微器
2.实验原理
把金属丝接入如图所示的电路中,用电压表测金属丝两端的电压,用电流表测金属丝中的电流,根据Rx=U/I计算金属丝的电阻Rx,然后用毫米刻度尺测量金属丝的有效长度L,利用缠绕法用毫米刻度尺测出n圈金属丝宽度,求出金属丝的直径d,或者用螺旋测微器直接测量金属丝的直径d,计算出金属丝的横截面积S=;
根据电阻定律公式,得出计算金属丝电阻率的公式ρ==。
3.实验器材
电压表、电流表、定值电阻、开关及导线、被测金属导线、电池、、。
4.实验步骤
(1)取一段新的金属丝紧密绕制在铅笔上,用测出它的宽度,除以圈数,求出金属丝的直径。
或者用直接测量金属丝的直径。
多次测量并取得平均值。
(2)按实验要求的电路图连接实验电路。
(3)用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属丝的有效长度,多次测量并取得平均值。
(4)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。
(5)拆除实验电路,整理好实验器材。
5.数据处理
(1)电阻R的值:
方法一,平均值法:
分别计算电阻值再求平均值;
方法二,图像法:
利用U-I图线的斜率求电阻。
(2)将测得的Rx、L、d的值,代入电阻率计算公式ρ==中,计算出金属导线的电阻率。
6.注意事项
(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。
(2)本实验中被测金属丝的电阻值较小,故须采用。
(3)开关S闭合前,滑动变阻器的阻值要调至。
(4)电流不宜太大,通电时间不宜,以免金属丝温度升高,导致电阻率在实验过程中变大。
【典题强化】
1.如图所示,P是一个表面镶有很薄电热膜的长陶瓷管,其长度为L,直径为D,镀膜的厚度为d,管两端有导电金属箍M、N。
现把它接入电路中,测得它两端电压为U,通过它的电流为I。
试求金属膜的电阻及写出镀膜材料电阻率的计算式。
2.在做“测定金属的电阻率”的实验时,需要对金属丝的电阻进行测量,已知金属丝的电阻值Rx,约为20Ω。
一位同学用伏安法对这个电阻的阻值进行了比较精确的测量,这位同学想使被测电阻Rx两端的电压变化范围尽可能的大。
他可选用的器材有:
电源E:
电动势为8V,内阻为1.0Ω;电流表A:
量程0.6A,内阻约为0.50Ω;
电压表V:
最程10V,内阻约为10kΩ;滑动变阻器R:
最大电阻值为5.0Ω;
开关一个,导线若干。
(1)根据上述条件,测量时电流表应采用________。
(2)画出实验电路图。
(3)若在上述实验中,电流表的示数为I,电压表的示数为U,且电流表内阻RA电压表内阻RV均为已知量,用测量物理量和电表内阻计算金属丝电阻的表达式Rx=________。
3.“测定金属的电阻率”实验中,关于误差的下列说法中正确的是( )
A.电流表采用外接法,将会使ρ测<ρ真
B.电流表采用外接法,由于电压表的并联引起了电阻丝分压的减小而引起测量误差
C.由ρ=
可知,I、d、U、l中每一个物理量的测量都会引起ρ的测量误差
D.由ρ=
可知对实验结果准确性影响最大的是直径d的测量
4.“测定金属的电阻率”的实验中,以下操作中正确的是( )
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内接法,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
5.在“测定金属丝的电阻率”的实验中,进行了如下测量:
(1)用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属丝的有效长度。
测量3次,求出其平均值l。
其中一次测量结果如图甲所示,金属丝的另一端与刻度尺的零刻线对齐,图中读数为__________cm。
用螺旋测微器测量金属丝的直径,选不同的位置测量3次,求出其平均值d。
其中一次测量结果如图乙所示,图中读数为__________mm。
(2)采用如图所示的电路测量金属丝的电阻。
电阻的测量值比真实值____________(填“偏大”或“偏小”)。
最后由公式ρ=__________计算出金属丝的电阻率(用直接测量的物理量表示)。
(3)请你根据如图所示电路图在图中进行实物连线。
(电流表选0.6A量程,电压表选3V量程)
6.在“测定金属的电阻率”的实验中,用螺旋测微器测出金属丝直径d,用米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丝的电阻率。
为此取来两节新的干电池、电键和若干导线及下列器材:
A.电压表0~3V,内阻10kΩB.电压表0~15V,内阻50kΩ
C.电流表0~0.6A,内阻0.05ΩD.电流表0~3A,内阻0.01Ω
E.滑动变阻器,0~10ΩF.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所示,请指出该同学实物接线中的两处明显错误.
错误1 __________________________________
错误2 __________________________________
7.如图所示,某同学设计了一个测量金属丝电阻率的实验,将已知直径为d的待测金属丝固定在接线柱a、b上,在金属丝上安装一个小金属滑片c,连接好电路,电路中R0是保护电阻.已知电压表的内阻远大于金属丝的电阻,电压表的分流作用可以忽略不计.闭合开关后得电流表的读数为I0,电压表的读数为U0调节滑片c的位置,分别测出长度L及所对应的电压值U,然后作出U-L图象.如图乙所示.
(1)在下图所示的A、B、C、D四个测量电路应选________电路.
(2)根据所选电路图在图甲中进行实物连线.
(3)测得图乙中图线的斜率为k,由此可得该金属丝的电阻率为________.
8.在“探究导体电阻与其影响因素的定量关系”的实验中,
(1)测量金属丝的直径时不再使用螺旋测微器,而是采用刻度尺测量紧密绕制多匝的电阻丝长度,求得直径.某次测量结果如图所示,则直径为______mm。
(2)如图所示是测量金属丝电阻的实验器材实物图,图中已连接了部分导线,滑动变阻器滑片P置于变阻器的一端.请根据如图所示的电路图,补充完整实物图的连线,并使开关闭合瞬间,电压表或电流表不至于被烧坏.
次数
1
2
3
4
5
6
7
U/V
0.10
0.30
0.70
1.10
1.70
2.30
2.80
I/A
0.02
0.06
0.16
0.22
0.34
0.46
0.54
(3)某同学利用正确的电路进行实验测量,数据如下:
请根据表中数据,在坐标纸中作U-I图线,并由图线求出电阻值为_Ω.
9.在“测定金属丝电阻率”的实验中,由ρ=
可知,对实验结果的准确性影响最大的是( )
A.金属丝直径d的测量B.电压U的测量
C.电流I的测量D.金属丝长度l的测量
2.在测金属丝的电阻率的实验中,下列说法中正确的是( )
A.用伏安法测电阻时,可采用电流表外接法
B.实验中电流不能太大,以免电阻率发生变化
C.应选用毫米刻度尺测金属丝的总长度三次,然后求出平均长度l
D.实验中应调节滑动变阻器,取得多组U和I的值,然后求出平均电阻
10.在测定阻值较小的金属的电阻率的实验中,为了减小实验误差,并要求在实验中获得较大的电压调节范围,在测量其电阻时应选择的电路是( )
11.在“测定金属的电阻率”的实验中,需要测量金属丝的长度和直径.现用最小分度为1mm的米尺测量金属丝长度,图中箭头所指位置是拉直的金属丝两端在米尺上相对应的位置,测得的金属丝长度为________mm。
在测量金属丝直径时,如果受条件限制,身边只有米尺一把和圆柱形铅笔一枝.如何较准确地测量金属丝的直径?
请简述测量方法:
______________________
________________________________________________________________________.
12.“探究导体电阻与导体长度、横截面积、材料的关系”的实验电路如图2所示,a、b、c、d是四种不同的金属丝.
编号
材料
长度/m
横截面/mm2
A
镍铬合金
0.8
0.8
B
镍铬合金
0.5
0.5
C
镍铬合金
0.3
0.5
D
镍铬合金
0.3
1.0
E
康铜合金
0.3
0.5
F
康铜合金
0.8
0.8
现有四根镍铬合金丝和两根康铜合金丝,其规格如下表所示。
(1)电路中四种金属丝应选用上表中的________(用编号表示)。
(2)某学生由实验数据分析归纳出:
电路图中四种金属丝的电阻R与长度L、横截面积S的关系可用比例式R∝
来表示.你认为是否正确,为什么?
(3)在交流合作时,有位同学提出用如图所示的电路,只要将图中P端分别和1、2、3、4相接,读出电流,利用电流跟电阻成反比的关系,也能探究出导体电阻与其影响因素的定量关系,请你对其作出评价.
13.在做“测定金属的电阻率”的实验时,需要对金属丝的电阻进行测量,已知金属丝的电阻值Rx约为20Ω。
一位同学用伏安法对这个电阻的阻值进行了比较精确的测量,这位同学想使被测电阻Rx两端的电压变化范围尽可能的大.他可选用的器材有:
电源E:
电动势为8V,内阻为1.0Ω;电流表A:
量程0.6A,内阻约为0.50Ω;
电压表V:
最程10V,内阻约为10kΩ;滑动变阻器R:
最大电阻值为5.0Ω;
开关一个,导线若干.
(1)根据上述条件,测量时电流表应采用________(选填“外接法”或“内接法”).
(2)在方框内画出实验电路图.
(3)若在上述实验中,电流表的示数为I,电压表的示数为U,且电流表内阻RA、电压表内阻RV均为已知量,用测量物理量和电表内阻计算金属丝电阻的表达式.
14.在“测定金属的电阻率”的实验中,待测金属导线的电阻Rx约为5Ω.实验室备有下列实验器材:
A.电压表V1(量程3V,内阻约为15kΩ)
B.电压表V2(量程15V,内阻约为75kΩ)
C.电流表A1(量程3A,内阻约为0.2Ω)
D.电流表A2(量程600mA,内阻约为1Ω)
E.变阻器R1(0~100Ω,0.3A)
F.变阻器R2(0~2000Ω,0.1A)
G.电池E(电动势为3V,内阻约为0.3Ω)
H.开关S,导线若干
(1)为提高实验精确度,减小实验误差,应选用的实验器材有____________。
(2)为减小实验误差,应选用图甲中________(填“a”或“b”)为该实验的电路图,并按所选择的电路图把图乙中的实物图用导线连接起来.
(3)若用刻度尺测得金属导线长度为60.00cm,用螺旋测微器测得导线的直径为0.635mm,两电表的示数分别如图所示,则电阻值为________Ω,电阻率为________。
15.按照有效数字规则读出下列电表的测量值。
接0~3V量程时读数为________V。
接0~3A量程时读数为_______A。
接0~15V量程时读数为_______V。
接0~0.6A量程时读数为______A。
16.在探究“决定导线电阻因素”的实验中,需要进行以下测量.
(1)用螺旋测微器测得导线的直径如图所示.其读数是 mm.
(2)欲用伏安法测定一段电阻丝的电阻,其阻值约为12Ω,要求测量结果尽量准确,并且电压、电流测量范围尽可能大一些.下列器材中电流表应选用的是,电压表应选用的是 ,滑动变阻器应选用的是 .在下面的方框内画出应采用的电路图.
A.电池组E(6V,内阻很小)
B.电流表A1(0~3A,内阻0.0125Ω)
C.电流表A2(0~0.6A,内阻0.125Ω)
D.电压表V1(0~3V,内阻3kΩ)
E.电压表V2(0~6V,内阻6kΩ)
F.滑动变阻器R1(0~5Ω,2A)
G.滑动变阻器R2(0~1000Ω,1A)
H.电键、导线
17.有一根细长而均匀的金属管线样品,横截面如图甲所示。
此金属管线长约30Cm,电阻约10Ω.已知这种金属的电阻率为ρ,因管内中空部分截面积形状不规则,无法直接测量,请你设计一个实验方案,测量中空部分的截面积S0,现有如下器材可选:
A.毫米刻度尺
B.螺旋测微器
c.电流表Al(600mA,1.0Ω)
D.电流表A2(3A,0.1Ω)
E.电压表V(3V,6KΩ)
F.滑动变阻器R1(2KΩ,O.5A)
G.滑动变阻器R2(10Ω,2A)
H.蓄电池E(6V,O.05Ω)
I.开关一个,带夹子的导线若干
(1)上列器材中,应选用的器材有_________
(2)在上面方框中画出你所设计的电路图,并把图乙的实物连成实际测量电路,要求尽可能测出多组有关数值.
(3)实验中要测量的物理量有:
,
计算金属管线内部中空部分的截面积S0的表达式为:
S0=
18.待测电阻Rx的阻值约为80Ω~100Ω,现要准确测定其电阻值,给出的器材有:
电源E(电动势18V,内电阻未知),电阻箱R1(0~200Ω),
滑动变阻器R2总阻值20Ω,滑动变阻器R3总阻值200Ω,
电流表A,量程0~0.1A,内电阻未知,单刀双掷电键一个,导线若干根。
(1)试设计一个能准确测量Rx阻值的电路,在右面方框中画出电路图,并在图上标明所选器材的符号。
(2)简要说明测量步骤及Rx的表达式
19.有一根细而均匀的导电材料,截面为同心圆环如图所示,已知这种材料的电阻率为ρ,欲测量该样品的内径,但内径太小,无法直接测量。
现提供以下实验器材:
A.螺旋测微器B.电流表A1(量程50mA,内阻r1=100Ω)
C.电流表A2(量程100mA,内阻r2约为40Ω)
D.滑动变阻器R1(0-10Ω,额定电流2A)
E.直流电源E(12V,内阻很小)
F.上述导电材料R2(长L约为5cm,电阻约为100Ω)
G.开关一只,导线若干
请用上述器材设计一个尽可能精确地测量该样品内径d的实验方案,
①用螺旋测微器测得该样品的外径如右图所示,其示数D=mm。
②画出设计的实验电路图,并标明所选器材。
③用已知的物理量和所测得的物理量的符号表示样品的
内径d=
20.某同学用下列器材测量一电阻丝的电阻Rx:
电源E,适当量程的电流表电压表各一只,滑线变阻器R,电阻箱RP,开关S1、S2,导线若干。
他设计的电路图如图(a)所示,具体做法:
先闭合S1,断开S2,调节R和RP,使电流表和电压表示数合理,记下两表示数为I1,U1;再保持RP阻值不变,闭合S2,记下电流表和电压表示数为I2、U2.
(1)请你帮他按电路图在实物图(b)上连线;
(2)写出被测电阻Rx=(用电表的读数表示);
(3)此实验中因电流表有内阻,电压表内阻不是无限大,使被测电阻的测量值真实值
21.某同学做“测定金属的电阻率”的实验。
(1)需要用刻度尺测出被测金属丝的长度L,用螺旋测微器测出金属丝的直径d,用电流表和电压表测出金属丝中的电流和它两端的电压分别为I和U;请写出测金属丝电阻率的表达式:
ρ=
(2)若实验中测量金属丝的直径时,螺旋测微器的示数如图所示,则金属丝直径的测量值为d=mm.
(3)用电流表和电压表测金属丝的电阻时,由于电流表、电压表
内阻的影响,不论使用电流表内接法还是电流表外接法,都会产
生系统误差。
按如下图所示的电路进行测量,可以消除由于电表
内阻造成的系统误差。
利用该电路进行实验的主要操作过程是:
第一步:
先将R2的滑动头调到最左端,单刀双掷开关S2向1
闭合,闭合开关S1,调节变阻器R1和R2,使电压表和电流表的示数尽量大些(不超过量程),读出此时电压表和电流表的示数U1、I1;
第二步:
保持两滑动变阻器的滑动头位置不变,将单刀双掷开关S2向2闭合,读出此时电压表和电流表的示数U2、I2;请写出由以上记录数据计算被测电阻Rx的表达式Rx=。
22.下图是用来测量未知电阻Rx的实验电路的实物连线示意图,图中Rx是待测电阻,阻值约为几千欧;E是电池组,电动势6V,内阻不计;V是电压表,量程3V,内阻r=3kΩ;R是电阻箱,阻值范围0~9999Ω;R1是滑动变阻器,S1和S2是单刀单掷开关。
主要的实验步骤如下:
A.连好电路后,合上开关S1和S2,调节滑动变阻器的滑片,使得电压表的示数为3.0V
B.合上开关S1,断开开关S2,保持滑动变阻器的滑片位置不变,调节电阻箱的阻值,使得电压表的示数为1.5V
C.读出电阻箱的阻值,并计算求得未知电阻Rx的大小
D.实验后整理仪器
①根据实物连线示意图,在虚线框内画出实验的电路图,图中标注元件的符号应与实物连接图相符
②供选择的滑动变阻器有:
滑动变阻器A:
最大阻值100Ω,额定电流0.5A滑动变阻器B;最大阻值20Ω,额定电流1.5A为了使实验的系统误差昼小,实验应先用的滑动变阻器是
③电阻箱的旋钮位置如图所示,它的阻值是
④未知电阻Rx=
⑤测量值与真实值比较,测量值比真实。
(填“偏大”或“偏小”)
23.有一额定电压是3V,额定电流0.5A的小灯泡,为测其正常工作的电阻,可提供的器材有:
A.电流表A1(3A,内阻0.01Ω)
B.电流表A2(0.6A,内阻0.2Ω)
C.电压表V1(量程3V,内阻10kΩ)
D.电压表V2(量程15V,内阻50kΩ)
E.电键S及导线若干
F.滑动变阻器R(阻值0~10Ω)
G.电源E(电动势9V,内阻1Ω)
(1)假设用限流式接法,计算通过灯泡的最小电流约A。
(2)请根据上面的计算,在方框中画出用伏安法测小灯泡正常工作时电阻的电路图。
24.要精确测量一个阻值约为5Ω的电阻Rx,实验提供下列器材:
电流表A1:
量程100mA,内阻r1约为4Ω;
电流表A2:
量程500μA,内阻r2=750Ω;
电池E:
电动势E=1.5V,内阻很小;
变阻器R0:
阻值约10Ω;开关S,导线若干。
(1)请设计一个测定电阻Rx的电路图,要求方法简捷,并能测多组数据并说明设计理由。
(2)根据你设计的电路图,将图中的实物连成实验电路。
(3)根据某次所测量值写出电阻Rx的表达式,Rx=
25.现要测量一个阻值大于50kΩ(约为60kΩ)的电阻的阻值,提供的器材如下:
A.电压表V,已知内阻Rv为50kΩ,量程未知,但刻度线清晰
B.定值电阻R0,其阻值已知为50kΩ
C.滑动变阻器,阻值范围为0—10Ω,额定电流为lA
D.二节干电池,其内阻很小可以不计
E.单刀双掷开关一个F.导线若干、电键一个
实验时测量的原理图如右图,测量步骤(简述)为:
①闭合K1,K2接R0,R调至适当位置并保持不变,记下V表指针指示的格数为N1;
②保持R不变,K2接Rx,因滑动变阻器的阻值很小,可认为AP两点间的电压不变。
记下 ;
③计算待测电阻的表达式为Rx=_________(用电压表指针指示的格数及字母表示)
④测量值比真实值__________(填偏大、偏小、相等)。
26.测量一块量程已知的电压表的内阻,器材如下:
A.待测电压表(量程3V,内阻约3KΩ)一块B.电流表(量程3A,内阻0.01Ω)一只C.定值电阻(R=3KΩ,额定电流0.5A)一个D.电池组(电动势略小于3V,内阻不计)E.开关两只F.导线若干
有一同学利用上面所给器材,进行如下实验操作:
(1)为了更准确的测出该电压表内阻的大小,该同学设计了如图甲、乙两个实验电路。
你认为其中相对比较合理的是(填“甲”或“乙”)电路。
其理由是:
。
(2)用你选择的电路进行实验时,需要直接测量的物理量;用上述所测各物理量表示电压表内阻,其表达式应为Rv=。
27.器材:
待测电压表V量程0-3V、内阻RV约为8kΩ的电阻;
电流表G量程300μA,电阻箱R1(0-9999.9Ω);
滑动变阻器R2(0-50Ω);电源E=3V,r约1-2Ω。
(1)滑动变阻器滑片P在实验开始前应放在端。
将单刀双掷开关S先接“b”位置,调节滑动变阻器滑片P的位置,使待测电压表V至某位置(或满偏),记下电流表G的示数I。
滑片P的位置不再移动;
(2)将开关S接到“a”,调节电阻箱使;
(3)则待测电压表V的内电阻RV=;
(4)写出测量原理:
28.量程为3V的电压表,内阻约为3KΩ。
现要对该电压表的内阻进一步精测,提供的器材有:
电阻箱R0(0.1Ω—9999.9Ω);滑动变阻器R(0—1000Ω);直流电源E(电动势约为5V,内电阻很小忽略不计);电键S及导线若干。
①选用上述器材,设计一个测量电路,在下面的方框中画出电路图。
(器材要用题目规定的字母标明)
②简要说明测量步骤,并写出计算电压表内阻的最后公式。
29.为了测量量程为3V的电压表V1的内阻(内阻约2000Ω),实验室可以提供的器材有:
电压表V2,量程为5V,内阻约3500Ω
变阻箱R1,阻值范围为0~9999Ω
变阻箱R2,阻值范围为0~99.9Ω
滑动变阻器R3,最大阻值约为100Ω,额定电流1.5A
电源E,电动势6V,内阻约0.5Ω
单刀单掷开关K,导线若干
(1)请从上述器材中选择必要的器材,设计一个测量电压表内阻的实验电路,在虚框中画出电路图(电路中的相关元件用英文字母表示)。
(2)说明实验所要测量的量:
电压表的内阻RV=
30.现有一个量程约为3V的电压表(表盘中只有30等分刻度而未标有数值),其内阻约为9kΩ,请你从给定的以下器材中选出应用的器材,并设计一个能较准确测定电压表的内阻的电路器。
A.6伏蓄电池E内阻很小,可忽略)B.最大值约为20Ω的滑线变阻器R1
C.最大值约为2kΩ的滑线变阻器R2D.0~999Ω的电阻箱R3
E.0~9999Ω的电阻箱R4F.开关SG.导线若干条
要求:
(1)画出实验电路图,并在图中标出所选用的器材符号
(2)按操作顺序写出主要的实验步骤。
31.在测定满偏电流为2.5mA、内阻约为50Ω的电流表A1内阻的实验中,备有以下器材:
A.待测电流表A1(量程0~2.5mA)
B.电流表A2(量程0~3mA)
C.标准电压表V(量程0~15V)
D.保护电阻R0(阻值100Ω)
E.电阻箱R1(阻值范围0~999.9Ω)
F.滑动变阻器R2(阻值范围0