北京专用高考物理一轮复习第十章恒定电流第3讲实验测定金属的电阻率实验描绘小灯泡的伏安特性曲线讲.ppt

,知识梳理,深化拓展,栏目索引,第,3,讲实验：测定金属的电阻率实验：描绘小灯泡的伏安特性曲线,知识梳理,一、测定金属的电阻率,实验原理,实验方法伏安法,实验步骤,数据处理,二、描绘小灯泡的伏安特性曲线,实验原理,实验步骤,数据处理,1.为探究小灯泡L的伏安特性,连好图甲所示的电路后闭合开关,通过移,动变阻器的滑片,使小灯泡中的电流由零开始逐渐增大,直到小灯泡正,常发光,由电流表和电压表得到的多组读数描绘出的,U,-,I,图像应是图乙,中的,(),甲,乙,答案,C小灯泡中的电流逐渐增大时其温度升高,导致电阻,R,增大。,只有C选项对。,C,2.在“测定金属丝电阻率”实验中,若金属丝的电阻,R,x,约为3,为尽可,能减小误差,要求金属丝发热功率,P,0.75 W。,(1)实验中用螺旋测微器测量导线直径时,可估读到,0.001,mm,用毫米,刻度尺测量导线长度时,可估读到,0.1,mm。,(2)下述器材中应选用的是,ABDG,。(用字母代替),A.6 V电池组,B.电流表(00.6 A,内阻0.5),C.电流表(03 A,内阻0.01),D.电压表(03 V,内阻1 k),E.电压表(015 V,内阻5 k),F.滑动变阻器(0100,额定电流1 A),G.滑动变阻器(020,额定电流1 A),(3)在框内画出电路图。,(4)在下图中,将各器材连成实验电路。,答案,(1)0.0010.1(2)ABDG,(3)(4)图见解析,解析,(1)螺旋测微器读数时可估读到0.001 mm;毫米刻度尺读数时估,读到分度值的下一位,即 0.1 mm。,(2),P,R,x,测量值大于真实值,R,测,=,R,x,测量值小于真实值,适用条件,R,A,R,x,(大电阻用内接法测量,测量值偏大),R,V,R,x,(小电阻用外接法测量,测量值偏小),2.伏安法测电阻的电路选择,(1)阻值比较法:先将待测电阻的估计值与电压表、电流表的内阻进行,比较,若,R,x,较小,宜采用电流表外接法;若,R,x,较大,宜采用电流表内接法。,(2)临界值计算法:,R,x,时,用电流表内接法。,(3)实验试探法:按图接好电路,让电压表的接线端,P,先后与,a,、,b,处接触,一下,如果电压表的示数有较大的变化,而电流表的示数变化不大,则可,采用电流表外接法;如果电流表示数有较大的变化,而电压表示数变化,不大,可采用电流表内接法。,3.滑动变阻器的两种接法,限流式接法,分压式接法,电路图,特点,用电器和滑动变阻器的一部分串联,另一部分不起作用调节电压的范围不能从零开始变化,用电器和滑动变阻器的一部分并联后和另一部分串联电压可以从零调节到最大值,适用,条件,滑动变阻器的最大阻值和用电器的阻值差不,多且不要求电压从零开始变化,滑动变阻器的最大阻值小于用电器的阻值;电,压要求从零开始变化,4.常用电表的读数,对于电压表和电流表的读数问题,首先要弄清电表量程,即指针指到最,大刻度时电表允许的最大电压或电流值,然后根据表盘总的刻度数确定,精确度,按照指针的实际位置进行读数即可。,(1)03 V量程的电压表和03 A量程的电流表读数方法相同,此量程下,的精确度分别是0.1 V和0.1 A,看清楚指针的实际位置,读到小数点后面,两位。,(2)对于015 V量程的电压表,精确度是0.5 V,在读数时只要求读到小数,点后面一位,即读到0.1 V。,(3)对于00.6 A量程的电流表,精确度是0.02 A,在读数时只要求读到小,数点后面两位,这时要求“半格估读”,即读到最小刻度的一半0.01 A。,2-12017北京朝阳二模,21(2)在“测定金属的电阻率”的实验中,小,强同学先用多用电表粗测了一段粗细均匀的电阻丝的阻值(约为5),随后将其固定在带有刻度尺的木板上,准备进一步精确测量其电阻。现,有电源(电动势,E,为3.0 V,内阻不计)、开关和导线若干,以及下列器材:,A.电流表(量程03 A,内阻约0.025),B.电流表(量程00.6 A,内阻约0.125),C.电压表(量程03 V,内阻约3 k),D.滑动变阻器(020,额定电流2 A),E.滑动变阻器(0100,额定电流1 A),为减小误差,且便于操作,在实验中电流表应选,B,滑动变阻器应,选,D,(选填器材前的字母)。,如图甲所示,是测量该电阻丝电阻的实验器材的实物图,图中已连接,了部分导线,还有两根导线没有连接,请补充完整。,甲,在开关闭合前,滑动变阻器的滑片应当调到最,左,(选填“左”或,“右”)端;闭合开关后,实验中电压表读数的最小值,大于零,(选填“大于零”或“等于零”)。,若不计实验中的偶然误差,则下列说法正确的是,BC,。,A.测量值偏大,产生系统误差的主要原因是电流表分压,B.测量值偏小,产生系统误差的主要原因是电压表分流,C.若已知电压表的内阻,可计算出待测电阻的真实值,D.若已知电流表的内阻,可计算出待测电阻的真实值,小鹏同学仍用上述电源,也设计了一个实验,电路如图乙所示,R,为保,护电阻,已测出电阻丝的横截面积为,S,用一个带有接线柱的小金属夹沿,电阻丝滑动,可改变接入电路中电阻丝的长度,L,实验中记录了几组不同,长度,L,对应的电流,I,。他准备利用图像法处理数据来计算该电阻丝的电,阻率。,乙,请分析说明小鹏同学应该作出怎样的线性函数图像,并定性画出该图,像;请指出在本实验中电流表的内阻对该电阻丝电阻率的测量结果有无,影响。,答案,BD,如图所示,左大于零,BC,见解析,解析,通过电阻丝的最大电流约为,I,m,=,=,A=0.6 A,为减小读数误,差,电流表应选B;为方便调节,滑动变阻器应选D。,本题中电压表内阻远大于待测电阻丝电阻,其分流作用可忽略,故选,用电流表外接法可较准确测量电阻丝的阻值。,为保证实验电路安全,开关闭合前应使变阻器接入电路的阻值最大。,由串联电路电压规律可知电压表读数的最小值不为零。,采用电流表外接法时,因电压表的分流作用将使电流表示数大于通过,电阻丝的电流,故测量的电阻值将偏小,B项正确;若已知电压表内阻,则,可准确计算出通过电阻丝的电流,进而计算出待测电阻的真实值,故C项,正确。,设电阻丝连入电路部分的电阻为,R,x,电流表的内阻为,R,A,由闭合电路欧姆定律得,E,=,I,(,R,x,+,R,+,R,A,),由电阻定律得,R,x,=,则,=,+,R,+,R,A,进一步整理可得:,=,L,+,显然,随,L,线性变化,可见应该画,-,L,图像。,图像如图所示。,该图像的斜率为,k,=,所以电阻率,=,ESk,由表达式可知,电流表的内阻,R,A,只影响图像的截距而不影响图像的斜,率,所以,电流表的内阻对该电阻丝电阻率的测量结果没有影响。,2-2(2012北京理综,21,18分)在“测定金属的电阻率”实验中,所用测,量仪器均已校准。待测金属丝接入电路部分的长度约为50 cm。,(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径,其中某一次测量结果如图1所示,其,读数应为,（,0.3950.399,）,mm(该值接近多次测量的平均值)。,图1,(2)用伏安法测金属丝的电阻,R,x,。实验所用器材为:电池组(电动势3,V,内阻约1)、电流表(内阻约0.1)、电压表(内阻约3 k)、滑动变,阻器,R,(020,额定电流2 A)、开关、导线若干。,某小组同学利用以上器材正确连接好电路,进行实验测量,记录数据如,下:,次数,1,2,3,4,5,6,7,U,/V,0.10,0.30,0.70,1.00,1.50,1.70,2.30,I,/A,0.020,0.060,0.160,0.220,0.340,0.460,0.520,由以上实验数据可知,他们测量,R,x,是采用图2中的,甲,图(选填,“甲”或“乙”)。,图2,(3)图3是测量,R,x,的实验器材实物图,图中已连接了部分导线,滑动变阻器,的滑片,P,置于变阻器的一端。请根据(2)所选的电路图,补充完成图3中,实物间的连线,并使闭合开关的瞬间,电压表或电流表不至于被烧坏。,图3,(4)这个小组的同学在坐标纸上建立,U,、,I,坐标系,如图4所示,图中已标出,了与测量数据对应的4个坐标点。请在图4中标出第2、4、6次测量数,据的坐标点,并描绘出,U,-,I,图线。由图线得到金属丝的阻值,R,x,=,4.5（4.34.7,）,(保留两位有效数字)。,图4,(5)根据以上数据可以估算出金属丝电阻率约为,C,(填选项前的,符号)。,A.1,10,-2,mB.1,10,-3,m,C.1,10,-6,mD.1,10,-8,m,(6)任何实验测量都存在误差。本实验所用测量仪器均已校准,下列关,于误差的说法中正确的选项是,CD,(有多个正确选项)。,A.用螺旋测微器测量金属丝直径时,由于读数引起的误差属于系统误差,B.由于电流表和电压表内阻引起的误差属于偶然误差,C.若将电流表和电压表的内阻计算在内,可以消除由测量仪表引起的系,统误差,D.用,U,-,I,图像处理数据求金属丝电阻可以减小偶然误差,答案,(1)(0.3950.399)(2)甲,(3)如图(a)所示(4)如图(b)所示4.5(4.34.7)(5)C(6)CD,(a),(b),解析,(1)螺旋测微器的读数原则为主尺数+套筒刻度数,精度=(0+39.7,0.01)mm=0.397 mm。,(2)由记录数据知,若采用乙图限流电路,则当,U,=0.10 V,I,=0.020 A时,滑,动变阻器须串入的电阻约为144,大于滑动变阻器的最大阻值20,所,以实验中滑动变阻器,R,应采用分压式连接,故他们采用甲图电路。,(3)实物连接图见答案,连线时要注意:电压表的正、负接线柱不要接,反。,滑动变阻器中滑片,P,的位置应使最初,R,x,两端电压为零。,(4),U,-,I,图线见答案。求出图线斜率即,R,x,的阻值。,(5),R,=,则,=,R,=,R,1,10,-6,m。,(6)系统误差是实验原理、实验方法不完善、测量工具不精密等因素造,成的误差。偶然误差是人为、环境等偶然因素造成的误差。故读数引,起的误差属偶然误差,而电表的内阻引起的误差是系统误差,A、B选项,错误;把电表内阻计算在内,完善了实验方案,可消除这一因素引起的系,统误差,C选项正确;图像法与多次测量求平均值的方法,可减小偶然误,差,D选项正确。,考点三描绘伏安特性曲线应注意的事项,1.电流表外接法:,本实验中被测小灯泡灯丝的电阻值较小,因此测量电路,必须采用电流表外接法。,2.滑动变阻器应采用分压式连接,本实验要作出,I,-,U,图线,要求测出一组包括零在内的电流、电压值,故控,制电路必须采用分压式接法。,3.保护元件安全:,为保护元件不被烧毁,开关闭合前变阻器滑片应位于使,加在小灯泡两端的电压为零的一端。,3-1(2017北京海淀期末,12)某研究性学习小组的同学们设计了描绘小,灯泡的伏安特性曲线的实验,待测小灯泡的额定电压为3.8 V。要求测,量结果尽量精确,并绘制出小灯泡两端电压在03.8 V范围内完整的伏,安特性曲线。,(1)若实验室的电压表、电流表和滑动变阻器都满足实验要求,则在如,图1所示的两种实验方案中,应选择,甲,(选填“甲”或“乙”)图所,示电路进行实验。,图1,(2)若实验中只提供了量程为3 V,内阻为3 000 的电压表V,1,为了绘制,完整的伏安特性曲线,需要将电压表V,1,改装成量程为4 V的电压表V,2,则,应将电压表V,1,串联,(选填“串联”或“并联”)一个阻值为,1000,的定值电阻,才能实现改装的要求。,(3)小组的同学们正确描绘出小灯泡的伏安特性曲线如图2所示,根据这,个特性曲线,同学们对小灯泡的实际功率与其两端的电压的关系,或与,通过其电流的关系,猜想出了如图3所示的关系图像,其中可能正确的是,AB,。(选填选项下面的字母序号),图2,图3,(4)某同学将该小灯泡接在一个电动势为3.0 V、内阻为5.0 的电源上,组成一个闭合电路,则此时该小灯泡实际功率约为,0.360.42,W。(保留2位有效数字),答案,(1)甲(2)串联1000(3)AB(4)0.360.42,解析,(1)描绘小灯泡伏安特性曲线的实验数据要求从0开始,且选取的,点尽可能多些,故应选用滑动变阻器的分压式接法,故选甲图。,(2)将小量程电压表改装成大量程电压表需要串联一个电阻,在串联电,路中,电压比等于电阻比,即,=,得,R,串,=1 000,故应将电压,表V,1,串联一个阻值为1 000 的定值电阻。,(3)由特性曲线可知,小灯泡的电阻随温度的升高逐渐增大,图A、B表示,电阻在增大,故选AB。,(4)如图所示,将电源两端电压与电流的图线画在图中,与小灯泡伏安特,性曲线交点为小灯泡在此电源下工作的实际电压与电流值,P,=,UI,=2.0,0.20=0.40 W。,3-22017北京朝阳一模,21(2)某同学想要描绘标有“3.8 V,0.3 A”字,样的小灯泡L的伏安特性曲线,要求测量数据、绘制曲线尽量准确。可,供选择的器材除小灯泡、开关、导线外,还有:,电压表V,量程05 V,内阻约5 k,电流表A,1,量程0500 mA,内阻约0.5,电流表A,2,量程0100 mA,内阻约4,滑动变阻器,R,1,最大阻值10,额定电流2.0 A,滑动变阻器,R,2,最大阻值100,额定电流1.0 A,直流电源,E,电动势约6 V,内阻可忽略不计,上述器材中,电流表应选,A,1,滑动变阻器应选,R,1,(填写所选器,材后的字母)。,请将图甲所示的实验电路图补画完整。,该同学通过实验得出了小灯泡的,I,-,U,图像如图乙所示。由图可知,随,着电压的增加,小灯泡的电阻逐渐,增大,(选填“增大”或“减小”);当,小灯泡的电压为3.00 V时,小灯泡的电阻是,11,(结果保留2位有效,数字)。,甲,乙,该同学在获得了中小灯泡的,I,-,U,图像后,又把两只这样的小灯泡并,联,直接接在电动势为4 V、内阻为8 的电源上组成闭合回路。请你利,用图像计算此时一只小灯泡的功率约为,0.18,W(结果保留2位有效数,字)。,该同学看到实验室还有一个最大阻值为17 k的滑动变阻器,R,3,想进,一步探究若用,R,3,来替换本实验中的滑动变阻器结果会怎样,请你分析论,证该同学能否比较方便地获取多组数据,进而得到比较理想的小灯泡的,伏安特性曲线。,答案,A,1,R,1,如图所示,增大11,0.18,见解析,解析,由题干信息可知电流表应选A,1,由于实验需要描绘小灯泡L的,伏安特性曲线,故电路中滑动变阻器应采用分压式接法,故选总电阻较,小的,即,R,1,。,实验电路采用电流表外接法,滑动变阻器采用分压式接法。,I,-,U,图像中,曲线上的点与原点连线的斜率表示,斜率越小,R,越大。,从,I,-,U,图像中读取3 V对应的点的纵坐标,利用,R,=,即可算得此时的电,阻大小。,当电源与两只并联的灯泡连接时,设通过每只灯泡的电流为,I,灯泡两,端电压为,U,由闭合电路欧姆定律有,U,=,E,-2,Ir,代入数据得,U,=4 V-16,I,在图中作出图线,如图所示,两图线交点坐标表示两灯泡并联在该电源,两端时每只灯泡的电流和电压,由图像可求出一只灯泡的功率约为0.18,W。,本实验的目的是描绘小灯泡的伏安特性曲线,电流、电压数据需要从,0开始,滑动变阻器需要采用分压接法;如选取滑动变阻器,R,3,滑动变阻器,左部分与灯泡并联,再与滑动变阻器右部分串联。移动滑片时,在滑动,变阻器左部分阻值较小时,小灯泡两端的电压变化非常不明显,而当滑,动变阻器左部分阻值非常大时,右部分阻值与灯泡差不多,此时灯泡两,端电压变化非常快,无法准确调节。故采用,R,3,无法得到比较理想的伏安,特性曲线。,