2021高考物理一轮复习-第8章-恒定电流-实验八：测定金属的电阻率教案.doc

2021高考物理一轮复习 第8章 恒定电流 实验八：测定金属的电阻率教案2021高考物理一轮复习 第8章 恒定电流 实验八：测定金属的电阻率教案年级：姓名：21实验八：测定金属的电阻率 注意事项1游标卡尺的读数：若用x表示由主尺上读出的整毫米数，K表示从游标尺上读出与主尺上某一刻线最先对齐的游标格数，则记录结果表达(xK精确度)mm。2螺旋测微器的读数：固定刻度数mm可动刻度数(估读一位)0.01 mm。3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。4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。5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。 误差分析考点一测量仪器、仪表的读数及使用游标卡尺和螺旋测微器1螺旋测微器的使用(1)构造：如图所示，B为固定刻度，E为可动刻度。(2)原理：测微螺杆F与固定刻度B之间的精密螺纹的螺距为0.5 mm，即旋钮D每旋转一周，F前进或后退0.5 mm，而可动刻度E上的刻度为50等份，每转动一小格，F前进或后退0.01 mm，即螺旋测微器的精确度为0.01 mm。读数时估读到毫米的千分位上，因此，螺旋测微器又叫千分尺。(3)读数：测量值(mm)固定刻度数(mm)(注意半毫米刻度线是否露出)可动刻度数(估读一位)0.01(mm)。2游标卡尺(1)构造：如图所示，游标卡尺的主要部分是主尺和游标尺，主尺和游标尺上各有一个内、外测量爪，游标尺上还有一个深度尺，尺身上还有一个紧固螺钉。(2)用途：测量厚度、长度、深度、内径、外径。(3)原理：利用主尺的最小分度与游标尺的最小分度的差值制成。不管游标尺上有多少个小等分刻度，它的刻度部分的总长度比主尺上的同样多的小等分刻度少1 mm。常见的游标卡尺的游标尺上小等分刻度分别为10、20、50刻度，可准确到0.1 mm、0.05 mm、0.02mm，见下表：刻度格数(分度)刻度总长度每小格与1 mm的差值精确度(可准确到)109 mm0.1 mm0.1 mm2019 mm0.05 mm0.05 mm5049 mm0.02 mm0.02 mm(4)读数：若用x表示由主尺上读出的整毫米数，K表示从游标尺上读出与主尺上某一刻线最先对齐的游标的格数，则记录结果为(xK精确度)mm。(2015海南单科11)某同学利用游标卡尺和螺旋测微器分别测量一圆柱体工件的直径和高度，测量结果如图甲和乙所示。该工件的直径为_cm，高度为_mm。解析：图甲为20分度的游标卡尺，其精度为0.05 mm。主尺读数为11 mm，游标尺上第4条刻线与主尺上的一条刻线对齐，故测量结果为11 mm40.05 mm11.20 mm1.120 cm。螺旋测微器的精度为0.01 mm，由图乙知固定刻度读数为6.5 mm，可动刻度读数为“36.0”，故工件的高度为6.5 mm36.00.01 mm6.860 mm。答案：1.1206.860游标卡尺的读数技巧游标卡尺的读数方法：“三看”(1)第一看精确度如图甲所示。易错读成11 mm4.00.1 mm11.40 mm。正确的应为11.4 mm，游标卡尺不需估读，后面不能随意加零，也不能随意去零。如图乙所示。易错读成10 mm120.05 mm10.6 mm，正确的应为10.60 mm。(2)第二看游标尺上的0刻度线位置，区分零刻度与标尺最前端。如图丙所示。易错成11 mm100.05 mm11.50 mm正确读数为14 mm100.05 mm14.50 mm。(3)第三看游标尺的哪条(第N条)刻度线与主尺上的刻度线对齐 变式1如图测量一小段金属线的直径和长度，得到如下情形，则这段金属丝直径是_mm，长度是_cm。答案：0.7004.245电流表、电压表及电阻箱的读数1电流表、电压表的读数方法量程精确度读数规则电流表03 A0.1 A与刻度尺一样，采用估读，读数规则较简单，只需在精确值后加一估读数即可电压表03 V0.1 V电流表00.6 A0.02 A估读位与最小刻度在同一位，采用估读电压表015 V0.5 V估读位与最小刻度在同一位，采用估读2.两种电表的使用技巧(1)机械零点的调整：在不通电时，指针应指在零刻度线的位置。(2)选择适当量程：估算电路中的电流或电压，指针应偏转到满刻度的以上。若无法估算电路中的电流和电压，则应先选用较大的量程，再逐步减小量程。(3)正确接入电路：电流表应串联在电路中，电压表应并联在电路中，两种表都应使电流从正接线柱流入，从负接线柱流出。(1)图甲使用0.6 A量程时，对应刻度盘上每一小格代表_A，图中表针示数是_A；当使用3 A量程时，对应刻度盘上每一小格代表_A，图中表针示数为_A。(2)图乙使用较小量程时，每小格表示_V，图中表针的示数为_V。若使用的是较大量程，则这时表盘刻度每小格表示_V，图中表针示数为_V。解析：(1)使用0.6 A量程时，刻度盘上的每小格为0.02 A，表针示数为0.44 A；当使用3 A量程时，每小格为0.1 A，表针示数为2.20 A。(2)电压表使用3 V量程时，每小格表示0.1 V，表针示数为1.70 V；使用15 V量程时，每小格为0.5 V，表针示数为8.5 V。答案：(1)0.020.440.12.20(2)0.11.700.58.5变式2(1)电压表量程一般有两种03 V,015 V；电流表量程一般有两种00.6 A,03 A；如图所示：接03 V量程时读数为_V。接015 V量程时读数为_V。接03 A量程时读数为_A。接00.6 A量程时读数为_A。(2)完成下列读数(如图所示)。a_mmB._mmc_mmd_mme_mm答案：(1)1.909.50.800.16(2)a.0.486(0.4840.488)B.0.536(0.5340.538)c4.078(4.0774.079)d5.663(5.6615.665)e11.14变式3旋钮式电阻箱如图所示，电流从接线柱A流入，从B流出，则接入电路的电阻为_。今欲将接入电路的电阻改为2 087 ，最简单的操作方法是_。若用两个这样的电阻箱，则可得到的电阻值范围为_。解析：电阻为1 987 。最简单的操作方法是将“1 k”旋钮调到2，再将“100”旋钮调到0。每个电阻箱的最大阻值是9 999 ，用这样的两个电阻箱串联可得到的最大电阻29 999 19 998 。故两个这样的电阻箱，则可得到的电阻值范围为019 998 。答案：1 987将“1 k”旋钮调到2，再将“100”旋钮调到0019 998 考点二教材原型实验1电流表内、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RxRVRx测量值大于真实值R测，则用电流表外接法。若U实，而R，所以R测R实。答案：BCF如解析图所示大于电压表的读数大于待测电阻两端的实际电压(其他表述正确也可)数据处理及实物连接(2018全国卷23)一课外实验小组用如图所示的电路测量某待测电阻Rx的阻值。图中R0为标准定值电阻(R020.0 )；可视为理想电压表；S1为单刀开关，S2为单刀双掷开关；E为电源；R为滑动变阻器。采用如下步骤完成实验：(1)按照实验原理线路图(a)，将图(b)中实物连线。(2)将滑动变阻器滑动端置于适当的位置，闭合S1。(3)将开关S2掷于1端，改变滑动变阻器滑动端的位置，记下此时电压表的示数U1；然后将S2掷于2端，记下此时电压表的示数U2。(4)待测电阻阻值的表达式Rx_(用R0、U1、U2表示)。(5)重复步骤(3)，得到如下数据。12345U1/V0.250.300.360.400.44U2/V0.861.031.221.361.493.443.433.393.403.39(6)利用上述5次测量所得的平均值，求得Rx_。(保留1位小数)解析：(1)根据原理图，沿电流的流向依次连接。先将E、R、S1连接起来，组成闭合回路。将R0、Rx与R连接起来。将、S2与Rx连接起来。(4)由于为理想电压表，故S2接1、或接2时流过R0、Rx的电流相等。根据部分电路欧姆定律和串联电路的特点得解得RxR0(6)将各次的代入RxR0得Rx148.8 Rx248.6 Rx347.8 Rx448.0 Rx547.8 然后求平均值，即Rx48.2 。答案：(1)实物连线如图(4)R0(6)48.2实物图连接的注意事项(1)画线连接各元件，一般先从电源正极开始，按照电路原理图先到开关，再到滑动变阻器，按顺序以单线连接方式将主电路中串联的元件依次串联起来；其次将要并联的元件再并联到电路中去。(2)连线时要将导线接在接线柱上，两条导线不能交叉。(3)要注意电表的量程和正、负接线柱，要使电流从电表的正接线柱流入，从负接线柱流出。 变式5(2019江苏卷11)某同学测量一段长度已知的电阻丝的电阻率。实验操作如下：(1)螺旋测微器如图甲所示。在测量电阻丝直径时，先将电阻丝轻轻地夹在测砧与测微螺杆之间，再旋动_(选填“A”“B”或“C”)，直到听见“喀喀”的声音，以保证压力适当，同时防止螺旋测微器的损坏。甲(2)选择电阻丝的_(选填“同一”或“不同”)位置进行多次测量，取其平均值作为电阻丝的直径。(3)图乙中Rx为待测电阻丝。请用笔画线代替导线，将滑动变阻器接入丙图实物电路中的正确位置。乙丙(4)为测量Rx，利用图乙所示的电路，调节滑动变阻器测得5组电压U1和电流I1的值，作出的U1 I1关系图象如图丁所示。接着，将电压表改接在a、b两端，测得5组电压U2和电流I2的值，数据见下表：U2/V0.501.021.542.052.55I2/mA20.040.060.080.0100.0请根据表中的数据，在方格纸上作出U2 I2图象。丁(5)由此，可求得电阻丝的Rx_。根据电阻定律可得到电阻丝的电阻率。解析：(1)A起固定作用，便于读数；B为粗调，调节B使电阻丝与测微螺杆、测砧刚好接触；然后调节C，C起微调作用。(2)电阻丝电阻R，测量一段电阻丝的电阻，S为这段电阻丝的横截面积，而不是某位置处的横截面积，故应在不同位置进行多次测量，取平均值作为电阻丝的直径以减小误差。(4)把U2和I2的数据在方格纸中描点连线，如图乙所示。(5)结合题图丁中图线的斜率可知R0RxRA49.0 ，R0RA25.5 ，解得Rx23.5 。答案：(1)C(2)不同(3)如图甲所示(4)如图乙所示(5)23.5(23.024.0都算对)考点三实验的改进与创新电阻的其它测量方法1电压表或电流表的灵活用法(1)若电压表内阻已知，则可将其当作电流表、电压表和定值电阻来使用。(2)若电流表内阻已知，则可将其当作电流表、电压表以及定值电阻来使用。2半偏法测电流表(或电压表)内阻电路图如图所示测电流表的内阻(R0R)步骤：(1)断开S2，闭合S1，调节R0，使表满偏为I0；(2)保持R0不变，闭合S2，调节R，使表读数为；(3)由上可得RAR。3等效替代法如图所示，先让待测电阻与一电流表串联后接到电动势恒定的电源上，读出电流表示数I；然后将电阻箱与电流表串联后接到同一电源上，调节电阻箱的阻值，使电流表的读数仍为I，则电阻箱的读数即等于待测电阻的阻值。某物理兴趣小组的同学要测定某电阻Rx的阻值，通过讨论，决定采用下列方法来测定。(1)方法一：用多用电表测量首先，选用欧姆表“1”挡进行粗测，正确操作后，表盘指针如图1所示，则该电阻的测量值为Rx_。(2)方法二：用伏安法测量所用的部分器材：电压表V(03 V，内阻约3 k)；电流表A(00.6 A，内阻约2 )。分析下列问题。他们设置了如图2、图3所示的两种电路图，为减小实验误差应选用_(填“图2”或“图3”)作为测量电路；请根据他们所选的电路将图4所示的实物图连接好；他们选择了正确的电路后，通过测量，根据得到的实验数据作出了如图5所示的U I图象，根据图象，可得Rx_。(3)方法三：等效替代法某同学设计了如图6所示的测量电路，实验步骤如下所示：A按图6连接好实验电路。B保持开关S2断开，将开关S1闭合，然后调节电阻箱R和滑动变阻器R。待电路稳定后电阻箱读数R1如图7所示，记下此时电压表的示数。C闭合开关S2，保持滑动变阻器的滑片位置不变，然后调节电阻箱的电阻，使电压表的读数与步骤B中的示数相同，此时电阻箱的读数R226 。在步骤B中电阻箱的读数为R1_；由以上实验测得电阻Rx的阻值为Rx_。解析：(1)欧姆表读数刻度盘读数倍率，读数是Rx7 。(2)由于待测电阻的阻值远小于电压表的内阻，所以电流表使用外接法，故选图2作为测量电路；所连实物图如图所示；U I图象的斜率表示电阻的阻值，由所作的图象可知，图象的斜率为k 6.06 ，故被测电阻的阻值为Rx6.06 。(3)在步骤B中电阻箱的读数为R120 ；由于R1与Rx串联在电路中所起的作用与R2相同(电压表指针指示同一位置)，则有R1RxR2，故有RxR2R1。由题意可知R120 ，R226 ，故被测电阻的阻值为RxR2R126 20 6 。答案：(1)7(2)图2如解析图所示6.06(3)206变式6市场上销售的铜质电线电缆产品中，部分存在导体电阻不合格问题，质检部门检验发现不合格的原因有两个，一个是铜材质量不合格，使用了再生铜或含杂质很多的铜；再一个就是铜材质量可能合格，但导体横截面积较小。某兴趣小组想应用所学的知识来检测实验室中一捆铜电线的电阻率是否合格。小组成员查阅资料得知，纯铜的电阻率为1.7108 m。现取横截面积约为1 mm2、长度为100 m(真实长度)的铜电线，进行实验测量其电阻率，实验室现有的器材如下：A电源(电动势约为5 V，内阻不计)；B待测长度为100 m的铜电线，横截面积约为1 mm2；C电压表V1(量程为03 V，内阻约为0.5 k)；D电压表V2(量程为05 V，内阻约为3 k)；E电阻箱R(阻值范围为0999.9 )；F定值电阻R01 ；G开关、导线若干。(1)小组成员先用螺旋测微器测量该铜电线的直径d，如图甲所示，则d_mm。(2)小组设计的测量电路如图乙所示，则P是_，N是_(填写器材名称及对应符号)。若U1为电压表V1示数，U2为电压表V2示数，通过实验作出的图象如图丙所示。(3)图乙电路测量铜电线的电阻测量值比真实值_(填“偏大”“不变”或“偏小”)，原因是_。(4)这一捆铜电线的电阻率_m(结果保留3位有效数字)；从铜导线自身的角度，你认为电阻率大的可能原因是_。解析：(1)铜电线的直径d1 mm12.50.01 mm1.125 mm。(2)P测量的电压大于N测量的电压，故P是电压表V2，N是电压表V1。(3)偏大，由于没考虑电压表V1的分流作用，使测得的铜电线的电阻偏大。(4)分析电路可知，通过铜电线的电流IxIR，RxRR，整理得1Rx，根据题图丙可知斜率kRx 2.60 ，Sr220.994 mm2， m2.58108 m，故这捆铜导线的电阻率达不到要求，使用的有可能是再生铜或含过多杂质的铜。答案：(1)1.125(2)电压表V2电压表V1(3)偏大电压表V1有分流作用(4)2.58108 m可能是再生铜或含过多杂质的铜电表的改装1主要类型用小量程电流表改装为较大量程电流表、电压表和多用电表。2改装原理(1)电流表的改装利用了并联电路分流的原理。(2)电压表的改装利用了串联电路分压的原理。(2019全国卷23)某同学要将一量程为250 A的微安表改装为量程为20 mA的电流表。该同学测得微安表内阻为1 200 ，经计算后将一阻值为R的电阻与该微安表连接，进行改装。然后利用一标准毫安表，根据图(a)所示电路对改装后的电表进行检测(虚线框内是改装后的电表)。(1)根据图(a)和题给条件，将图(b)中的实物连线。(2)当标准毫安表的示数为16.0 mA时，微安表的指针位置如图(c)所示。由此可以推测出所改装的电表量程不是预期值，而是_。(填正确答案标号)A18 mAB.21 mAC25 mA D.28 mA(3)产生上述问题的原因可能是_。(填正确答案标号)A微安表内阻测量错误，实际内阻大于1 200 B微安表内阻测量错误，实际内阻小于1 200 CR值计算错误，接入的电阻偏小DR值计算错误，接入的电阻偏大(4)要达到预期目的，无论测得的内阻值是否正确，都不必重新测量，只需要将阻值为R的电阻换为一个阻值为kR的电阻即可，其中k_。解析：本题考查电表改装及其相关知识点。(1)量程为250 A的微安表改装成量程为20 mA的电流表，量程扩大了80倍，需要将定值电阻与微安表并联，然后根据题图(a)的原理图连线。(2)当标准毫安表示数为16.0 mA时，对应的微安表读数为160 A，说明量程扩大了100倍，因此所改装的电表量程是25 mA，选项C正确。(3)当标准毫安表示数为16.0 mA时，对应的微安表读数应为200 A，而实际测量时微安表读数为160 A，实际测量时微安表读数偏小，若R值计算无误，而微安表内阻测量错误，则说明微安表实际内阻大于1 200 ，选项A正确，B错误；若微安表内阻测量无误，而R值计算错误，则并联拄入的电阻的阻值偏小，R的分流较大，导致微安表中电流较小，选项C正确，D错误。(4)预期目的是将量程为250 A的微安表改装成量程为20 mA的电流表，量程扩大80倍，根据并联电路规律有IgRg79IgkR；当标准毫安表示数为16.0 mA时，对应的微安表读数为160 A，量程扩大了100倍，根据并联电路规律有IgRg99IgR；联立解得k。答案：(1)连线如图所示(2)C(3)AC(4)变式7(2019全国卷)某同学欲将内阻为98.5 、量程为100 A的电流表改装成欧姆表并进行刻度和校准，要求改装后欧姆表的15 k刻度正好对应电流表表盘的50 A刻度。可选用的器材还有：定值电阻R0(阻值14 k)，滑动变阻器R1(最大阻值1 500 )，滑动变阻器R2(最大阻值500 )，电阻箱(099 999.9 )，干电池(E1.5 V，r1.5 )，红、黑表笔和导线若干。(1)欧姆表设计将图(a)中的实物连线组成欧姆表。欧姆表改装好后，滑动变阻器R接入电路的电阻应为_；滑动变阻器选_(填“R1”或“R2”)。(2)刻度欧姆表表盘通过计算，对整个表盘进行电阻刻度，如图(b)所示。表盘上a、b处的电流刻度分别为25和75，则a、b处的电阻刻度分别为_、_。(3)校准红、黑表笔短接，调节滑动变阻器，使欧姆表指针指向_k处；将红、黑表笔与电阻箱连接，记录多组电阻箱接入电路的电阻值及欧姆表上对应的测量值，完成校准数据测量。若校准某刻度时，电阻箱旋钮位置如图(c)所示，则电阻箱接入的阻值为_。解析：本题考查将电流表改装成欧姆表并刻度、校准的实验。(1)由题知当两表笔间接入15 k的电阻时，电流表示数为50 A，由闭合电路欧姆定律有，代入数据解得R900 ，所以滑动变阻器选择R1。(2)欧姆表的内阻RgRgrR0R15 k，当电流为25 A时有Rx3Rx45 k；当电流为75 A时有RxRx5 k。(3)红、黑表笔短接，调节滑动变阻器，使欧姆表指针指向0 k处。题图(c)中电阻箱读数为35 000.0 。答案：(1)如图所示900R1(2)455(3)035 000.0