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
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