2020年高中物理(人教选修3-1)配套学案：第2章--学案8-实验：测定金属的电阻率.docx

学案8试验：测定金属的电阻率学习目标定位 1.进一步把握用伏安法测电阻的电路的设计思想.2.会用刻度尺测量金属丝的直径.3.把握测定金属电阻率的试验原理、试验过程及数据处理方法一、试验原理1把金属丝接入电路中，用伏安法测金属丝的电阻R(R)电路原理图如图1所示图12用毫米刻度尺测出金属丝的长度l，利用缠绕法用毫米刻度尺测出n圈金属丝的宽度，求出金属丝的直径d，算出横截面积S(S)3由电阻定律R，得，求出电阻率二、试验器材毫米刻度尺、电压表、电流表、定值电阻、开关及导线、被测金属导线、电池、滑动变阻器试验操作1试验步骤(1)测直径：取一段新的金属导线紧密绕制在铅笔上，用毫米刻度尺测出它的宽度，除以圈数，求出金属丝的直径，并记录(2)连电路：按如图2所示的电路图连接试验电路图2(3)量长度：用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属导线的有效长度，反复测量3次，并记录(4)求电阻：把滑动变阻器的滑动触头调整到使接入电路中的电阻值最大的位置，电路经检查确认无误后，闭合开关S.转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，记入表格内，断开开关S.(5)拆除试验电路，整理好试验器材2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，图象法：利用UI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中，计算出金属导线的电阻率3试验留意事项(1)为了便利，测量直径应在导线连入电路前进行，为了精确测量金属导线的长度，应当在连入电路之后在金属导线拉直的状况下进行(2)因一般金属丝电阻较小，为了削减试验的系统误差，必需选择电流表外接法；(3)本试验若用限流式接法，在接通电源之前应将滑动变阻器调到阻值最大状态(4)电流不宜过大(电流表用00.6 A量程)，通电时间不宜太长，以免电阻率因温度上升而变化一、仪器的选择和电路的设计例1在“测定金属的电阻率”的试验中，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5 ，先用伏安法测出金属丝的电阻R，然后依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03 V，内阻10 kB电压表015 V，内阻50 kC电流表00.6 A，内阻0.05 D电流表03 A，内阻0.01 E滑动变阻器， 010 F滑动变阻器， 0100 (1)要求较精确地测出其阻值，电压表应选_，电流表应选_，滑动变阻器应选_. (填序号)(2)试验中某同学的实物接线如图3所示，请指出该同学实物接线中的两处明显错误图3错误1_.错误2_.解析 (1)电源是两节干电池，电动势是3 V，选用3 V量程的电压表A；由于金属丝的电阻大约为5 ，假如把3 V的电动势全加在金属丝上，电流才是0.6 A，因此用量程是0.6 A的电流表C；此题中金属丝的电阻大约为5 ，为了减小试验误差，应选10 的滑动变阻器E.答案(1)ACE(2)导线连接在滑动变阻器的滑片上接受了电流表内接法二、数据处理和实物图的连线例2如图4所示，某同学设计了一个测量金属丝电阻率的试验，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是疼惜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视不计闭合开关后得电流表的读数为I0，电压表的读数为U0调整滑片c的位置，分别测出长度L及所对应的电压值U，然后作出UL图象如图乙所示图4(1)在下图所示的A、B、C、D四个测量电路应选_电路(2)依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_解析(1)待测电阻是金属丝ac部分，依题意应接受电流表外接法，故选A电路；(3)由试验原理R，S( )2，得，又k，故k.答案(1)A(2)实物连线如图所示(3)k在“探究导体电阻与其影响因素的定量关系”的试验中，(1)测量金属丝的直径时不再使用游标卡尺和螺旋测微器，而是接受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5所示，则直径为_ mm.图5(2)如图6所示是测量金属丝电阻的试验器材实物图，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依据图乙电路图，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甲乙图6(3)某同学利用正确的电路进行试验测量，数据如下：次数1234567U/V0.100.300.701.101.702.302.80I/A0.020.060.160.220.340.460.54请依据表中数据，在坐标纸中作UI图线，并由图线求出电阻值为_.答案(1)1.8(2)如图(3)5.01在“测定金属丝电阻率”的试验中，由可知，对试验结果的精确性影响最大的是()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的测量答案A解析四个选项中的四个物理量对金属丝的电阻率均有影响，但影响最大的是直径d，由于在计算式中取直径的平方2在测金属丝的电阻率的试验中，下列说法中错误的是()A用伏安法测电阻时，可接受电流表外接法B试验中应调整滑动变阻器，取得多组U和I的值，然后求出平均电阻 C应选用毫米刻度尺测金属丝的长度三次，然后求出平均长度lD试验中电流不能太大，以免电阻率发生变化答案C解析测量的是接入电路中的金属丝的有效长度故C错3在测定阻值较小的金属的电阻率的试验中，为了减小试验误差，并要求在试验中获得较大的电压调整范围，在测量其电阻时应选择的电路是()答案D解析金属阻值较小，在用伏安法测电阻时应当用电流表外接法，题干中要求试验中获得较大的电压调整范围，故滑动变阻器要接受分压式接法，D正确4在“测定金属的电阻率”的试验中，需要测量金属丝的长度和直径现用最小分度为1 mm的米尺测量金属丝长度，图1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，假如受条件限制，身边只有米尺1把和圆柱形铅笔1枝如何较精确地测量金属丝的直径？请简述测量方法：_.图1答案972.0在铅笔上紧密排绕金属丝N匝，用米尺量出该N匝金属丝的宽度D，由此可以计算得出金属丝的平均直径为D/N5“探究导体电阻与导体长度、横截面积、材料的关系”的试验电路如图2所示，a、b、c、d是四种不同的金属丝图2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.编号材料长度/m横截面/mm2A镍铬合金0.80.8B镍铬合金0.50.5C镍铬合金0.30.5D镍铬合金0.31.0E康铜合金0.30.5F康铜合金0.80.8(1)电路中四种金属丝应选用上表中的_(用编号表示)(2)某同学由试验数据分析归纳出：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)在沟通合作时，有位同学提出用如图3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，请你对其作出评价图3答案(1)BCDE(2)不正确，由于它们的材料不完全相同(3)不能探究出试验过程中无法保证每次金属丝两端的电压相等解析(1)本试验接受的是把握变量法，分别选用导体材料相同、横截面积相同时，导体的长度不同，B、C符合要求；选用导体材料相同、长度相同时，导体的横截面积不同，C、D符合要求；选用导体横截面积相同、长度相同时，导体的材料不同，C、E符合要求故选B、C、D、E.6在做“测定金属的电阻率”的试验时，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20 .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8 V，内阻为1.0 ；电流表A：量程0.6 A，内阻约为0.50 ；电压表V：最程10 V，内阻约为10 k；滑动变阻器R：最大电阻值为5.0 ；开关一个，导线若干(1)依据上述条件，测量时电流表应接受_(选填“外接法”或“内接法”)(2)在方框内画出试验电路图(3)若在上述试验中，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答案(1)外接法(2)见解析图(3)Rx解析(1)待测电阻约为20 ，是电流表内阻的40倍，但电压表内阻是待测电阻的500倍，故接受外接法(2)由于要使Rx两端的电压变化范围尽可能的大，所以滑动变阻器要接受分压式接法，电路图如图所示(3)电压表分得的电流为IV，所以Rx中的电流为IxIIVI，则Rx.8在“测定金属的电阻率”的试验中，待测金属导线的电阻Rx约为5 .试验室备有下列试验器材：A电压表V1(量程3 V，内阻约为15 k)B电压表V2(量程15 V，内阻约为75 k)C电流表A1(量程3 A，内阻约为0.2 )D电流表A2(量程600 mA，内阻约为1 )E变阻器R1(0100 ，0.3 A)F变阻器R2(02000 ，0.1 A)G电池E(电动势为3 V，内阻约为0.3 )H开关S，导线若干(1)为提高试验精确度，减小试验误差，应选用的试验器材有_(2)为减小试验误差，应选用图4甲中_(填“a”或“b”)为该试验的电路图，并按所选择的电路图把图乙中的实物图用导线连接起来图4(3)若用刻度尺测得金属导线长度为60.00 cm，用螺旋测微器测得导线的直径为0.635 mm，两电表的示数分别如图5所示，则电阻值为_ ，电阻率为_图5答案(1)ADEGH(2)b实物连接如图所示(3)2.401.27106m解析(1)由电池E打算了电压表选V1，结合Rx粗略计算电流最大为600 mA，故选A2，由Rx确定变阻器选R1.(2)因A2的内阻不能满足远小于Rx，故选b图(3)Rx 2.40 由Rx得 m1.27106 m.