2022版高考物理一轮复习-第8章-恒定电流-实验11-测定金属丝的电阻率学案.doc

2022版高考物理一轮复习 第8章 恒定电流 实验11 测定金属丝的电阻率学案2022版高考物理一轮复习 第8章 恒定电流 实验11 测定金属丝的电阻率学案年级：姓名：- 21 -实验十一测定金属丝的电阻率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。(2)掌握螺旋测微器的使用方法和读数方法。(3)学会利用伏安法测电阻，进一步测出金属丝的电阻率。2实验原理由R得，因此，只要测出金属丝的长度l、横截面积S和金属丝的电阻R，即可求出金属丝的电阻率。测金属电阻的电路图和实物图如图甲、乙所示。甲乙3实验器材被测金属丝，直流电源(4 V)，电流表(00.6 A)，电压表(03 V)，滑动变阻器(050 )，开关，导线若干，螺旋测微器，毫米刻度尺。部分器材用途电流表、电压表伏安法测电阻螺旋测微器测量金属丝的直径，由于测量直径时带来的误差更明显一些，因此用精确度更高的器材测量毫米刻度尺测量金属丝的有效长度4实验步骤(1)用螺旋测微器在被测金属丝上的三个不同位置各测一次直径，求出其平均值d。(2)连接好用伏安法测电阻的实验电路。(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，反复测量三次，求出其平均值l。(4)把滑动变阻器的滑片调节到使其接入电路中的电阻值最大的位置。(5)闭合开关，改变滑动变阻器滑片的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值，填入记录表格内。(6)将测得的Rx、l、d值，代入公式R和S，中，计算出金属丝的电阻率。5数据处理(1)在求Rx的平均值时可用两种方法用Rx分别算出各次的数值，再取平均值。用UI图线的斜率求出。(2)计算电阻率将记录的数据Rx、l、d的值代入电阻率计算公式Rx。6误差分析(1)金属丝的横截面积是利用直径计算而得，直径的测量是产生误差的主要来源之一。(2)采用伏安法测量金属丝的电阻时，由于采用的是电流表外接法，测量值小于真实值，使电阻率的测量值偏小。(3)金属丝的长度测量、电流表和电压表的读数等会带来偶然误差。(4)由于金属丝通电后发热升温，会使金属丝的电阻率变大，造成测量误差。7注意事项(1)先测直径，再连电路：为了方便，测量直径时应在金属丝连入电路之前测量。(2)电流表外接法：本实验中被测金属丝的阻值较小，故采用电流表外接法。(3)电流控制：电流不宜过大，通电时间不宜过长，以免金属丝温度过高，导致电阻率在实验过程中变大。 实验电路设计和器材选择 电流表内、外接法的选择1电流表的内接法和外接法的比较内接法外接法电路图误差原因电流表分压U测UxUA电压表分流I测IxIV电阻测量值R测RxRARx，测量值大于真实值R测Rx，测量值小于真实值适用条件RARxRVRx适用于测量大阻值电阻小阻值电阻2两种接法的选择(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“大内小外”。(2)临界值计算法Rx时，用电流表内接法。(3)实验试探法按如图所示接好电路，让电压表一根接线柱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，则应采用电流表外接法；如果电流表的示数有较大的变化，而电压表的示数变化不大，则应采用电流表内接法。3电流表和电压表的选择(1)根据电路中的最大电流(或最大电压)进行选择。(2)根据用电器的额定电流(或额定电压)进行选择。(3)根据电源的参数进行选择。题组训练1在伏安法测电阻的实验中，待测电阻Rx约为200 ，电压表的内阻约为2 k，电流表的内阻约为10 ，测量电路中电流表的连接方式如图(a)或图(b)所示，结果由公式Rx计算得出，式中U与I分别为电压表和电流表的示数。若将图(a)和图(b)中电路测得的电阻值分别记为Rx1和Rx2，则_(填“Rx1”或“Rx2”)更接近待测电阻的真实值，且测量值Rx1_(填“大于”“等于”或“小于”)真实值，测量值Rx2_(填“大于”“等于”或“小于”)真实值。(a)(b)解析根据串、并联电路的特点解题。根据题意知，电压表的分流作用较显著，故Rx1更接近待测电阻的真实值。图(a)的测量值是Rx与RA串联的电阻阻值，故Rx1Rx真；图(b)的测量值是Rx与RV并联的电阻阻值，故Rx2RV。答案(1)见解析(2)最小满偏半偏(3)典例示法2(2020河北高三期末)如图所示的电路图是利用半偏法测量一块电流计G(量程300 A，内阻100 到200 之间)的内阻Rg。现有器材如下：A直流电源(输出电压12 V)B电阻箱(999.9 )C滑动变阻器(500 )D电位器(5 k)E电位器(50 k)(1)电阻器R2选用_，电阻器R1选用_。(填器材前的字母)(2)为了测定电流计G的内阻，在接通电路前，先把电阻器R1的阻值调到最大。然后操作步骤依次是_(填选项前的字母)，最后记录R2的阻值。A闭合K1B闭合K2C调节R1的阻值，使电流计指针偏转到满刻度D调节R1的阻值，使电流计指针偏转到满刻度的一半E调节R2的阻值，使电流计指针偏转到满刻度的一半F调节R2的阻值，使电流计指针偏转到满刻度(3)若电流计半偏时，R2的阻值为120.0 ，则电流计内阻Rg的测量值为_ ，由于存在系统误差，该测量值_电流计内阻的真实值(填“大于”或“小于”)。造成这种误差的原因是_。解析(1)根据实验原理可知，R2要选择电阻箱，故选B；要使得电流计G调节到满偏，则R 40 k，则电位器选择E。(2)根据实验的原理可知，实验步骤依次是：ACBE。(3)由上一问可知，RgR2120.0 ；R2与电流计并联后，电路总电阻变小，干路电流I变大，IIg，电流计电流I计Ig，则R2电流I2Ig，所以R2Rg，即电流计测量电阻小于真实电阻。答案BEACBE120.0小于接入电阻箱后，干路电流增大，流过电阻箱的电流大于流过电流计的电流，电阻箱阻值小于电流计内阻用“差值法”测电阻1电流表差值法(1)原理：如图所示，将电流表与定值电阻R0并联再与电流表串联，根据I1r1(I2I1)R0，求出内阻r1。(2)条件：电流表的量程小于电流表的量程。R0已知。(3)结果：r1或R0(用于r1已知，测量R0)。2电压表差值法(1)原理：如图所示，将电压表与定值电阻R0串联再与电压表并联，根据U2U1R0，求出电压表的内阻。(2)条件：电压表的量程大于电压表的量程。R0已知。(3)结果：r1R0或R0r1(用于r1已知，测量R0)。典例示法(2019江苏南京师大附中高考模拟)某同学要测量量程为6 V的电压表Vx的内阻，实验过程如下：(1) 先用多用电表粗测电压表的内阻，将多用电表功能选择开关置于“1 k”挡，调零后，将红表笔与电压表_(选填“正”或“负”)接线柱连接，黑表笔与另一接线柱连接，指针位置如图所示，电压表内阻为_ 。(2) 为了精确测量其内阻，现提供以下器材：电源E(电动势为12 V，内阻约为1 )S开关和导线若干电流表A(量程0.6 A，内阻约为3 )电压表V(量程10 V，内阻约为15 k)定值电阻R0(阻值为5 k)滑动变阻器R1(最大阻值为5 ，额定电流为1 A)滑动变阻器R2(最大阻值为50 ，额定电流为1 A)请选用合适的器材，在方框中画出实验电路图(需标注所用实验器材的符号)。待测电压表Vx内阻测量值的表达式为Rx_。(可能用到的数据：电压表Vx的示数为Ux，电压表V的示数为U，电流表A的示数为I) 解析(1)红表笔是欧姆表的负极，所以应该接电压表的负接线柱。电压表的内阻为10.01 000 1.00104 。(2)滑动变阻器的电阻远小于电压表的内阻，应该选择分压接法，若使用R1会使流过滑动变阻器的电流超过1 A，故要选择R2，电路图如图：根据欧姆定律可得电压表内阻的测量值为：Rx。答案(1)负1.00104(2)见解析图电桥法测电阻电桥法是测量电阻的一种特殊方法，其测量原理电路如图所示，实验中调节电阻箱R3，当A、B两点的电势相等时，R1和R3两端的电压相等，设为U1。同时R2和Rx两端的电压也相等，设为U2，根据欧姆定律有，由以上两式解得R1RxR2R3，这就是电桥平衡的条件，由该平衡条件可求出被测电阻Rx的阻值。在上面的电路中：(1)当时，UAB0，IG0。(2)当0，IG0，且方向：AB。(3)当时，UAB0，IG0，且方向BA。典例示法(2020江苏七市三模)在研究金属电阻阻值与温度的关系时，为了能够较准确地测出金属电阻的阻值，设计了如图甲所示的电路。除了金属电阻Rx外，还提供的实验器材有：学生电源E，灵敏电流计G，滑动变阻器R、R3，定值电阻R1、R2，电阻箱R0，开关S，控温装置，导线若干。甲乙丙按照电路图连接好电路后，将R0调至适当数值，R的滑片调至最右端，R3的滑片调至最下端，闭合开关S；把R的滑片调至适当位置，调节R0，并逐步减小R3的阻值，直到R3为零时，电流计G指针不发生偏转，记录R0的阻值和Rx的温度；多次改变温度，重复实验；实验完毕，整理器材。根据上述实验回答以下问题：(1)上述中，电流计G指针不发生偏转时，a点电势_(选填“大于”“等于”或“小于”)b点电势。(2)某次测量时，R0的旋钮如图乙所示，则R0的读数为_ 。(3)用R0、R1、R2表示Rx，Rx_。(4)求出的阻值Rx和对应温度如下表所示：温度t/35.040.045.050.055.0阻值Rx/58.359.460.661.762.8请在图丙所示的坐标纸上描绘出Rxt图线。(5)本实验中R3的作用为_。解析(1)上述中，电流计G指针不发生偏转时，说明电流计中无电流，即a点电势等于b点电势。(2)R0的读数为40.0 。(3)设上边支路的电流为I1，下边支路的电流为I2，当a点电势等于b点电势时：I1RxI2R0；I1R1I2R2；两式相除可知：，即RxR0。(4)根据实验数据描绘出Rxt图线如图。(5)本实验中R3的作用为保护电流计。答案 (1)等于(2)40.0 (3) R0(4)见解析图 (5)保护电流计