资源简介

(共49张PPT)
实验2:金属丝电阻率的测量
实验探究 方案梳理
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.会用伏安法测电阻,进一步测定金属的电阻率。
实验原理
实验原理图
实验器材
被测金属丝、直流电源(4 V)、电流表(0~0.6 A)、电压表(0~3 V)、滑动变阻器(50 Ω)、开关、导线若干、螺旋测微器、毫米刻度尺。
实验步骤
1.用螺旋测微器在被测金属丝的三个不同位置各测一次直径,求出其平均值d。
2.按实验原理图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电阻丝的有效长度,反复测量3次,求出其平均值l。
4.把滑动变阻器的滑片调节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,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,填入表格内,断开开关S,求出电阻R的平均值。
5.整理仪器。
误差分析
1.金属丝长度的测量,要测量接入电路的有效长度,还要多次测量取平均值,以减少偶然误差。
2.金属丝直径的测量,要在不同部位测量,求其平均值,以减少偶然误差。
3.各仪表读数带来误差,要遵守读数规则。
4.内接法电流表分压导致电压测量值偏大,阻值偏大;外接法电压表分流导致电流测量值偏大,阻值偏小。
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金属丝拉直的情况下进行。
2.本实验中被测金属丝的电阻值较小,故须采用电流表外接法。
3.开关S闭合前,滑动变阻器的阻值要调至最大。
4.电流不宜太大(电流表用0~0.6 A量程),通电时间不宜太长,以免金属丝温度升高,导致电阻率在实验过程中变大。
实验热点 探究突破
热点1 实验原理与操作
典型例题
【例1】 现有一合金制成的圆柱体。为测量该合金的电阻率,现用伏安法测量圆柱体两端之间的电阻,用螺旋测微器测量该圆柱体的直径,用游标卡尺测量该圆柱体的长度。螺旋测微器和游标卡尺的示数如图甲和图乙所示。
1.选择合适量程测量电流、电压的值,根据待测阻值和仪表的内阻选择电流表的内、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。 2.根据电阻定律测量金属丝的电阻率。
热点2 实验数据处理
典型例题
【例2】 某同学通过实验测量一种合金的电阻率。
(1)用螺旋测微器测量合金丝的直径。为防止读数时测微螺杆发生转动,读数前应先旋紧如图甲所示的部件______ (选填“A”“B”“C”或“D”)。从图中的示数可读出合金丝的直径为
　　　　 mm。
甲
乙
(2)图乙是测量合金丝电阻的电路,相关器材的规格已在图中标出。闭合开关,将滑动变阻器的滑片移到最左端的过程中,发现电压表和电流表的指针只在图示位置发生很小的变化。由此可以推断:电路中　　　(选填图中表示接线柱的数字)之间出现了______
(选填“短路”或“断路”)。
(3)在电路故障被排除后,调节滑动变阻器,读出电压表和电流表的示数分别为2.23 V和38 mA,由此,该同学算出接入电路部分的合金丝的阻值为 58.7 Ω。为了更准确地测出合金丝的阻值,在不更换实验器材的条件下,对实验应作怎样的改进 请写出两条建议:
①　 ;
②　 。
答案:(1)B　0.410
(2)7、9　断路
(3)电流表改为内接　测量多组电流和电压值,计算出电阻的平均值(或测量多组电流和电压值,用图像法求电阻值)
解析:(1)螺旋测微器读数时应先将锁紧装置锁紧,即旋紧B。螺旋测微器的示数为(0+41.0×0.01) mm=0.410 mm。
(2)电压表的示数不为零,电流表的示数几乎为零,说明连接两电表的电路是导通的。而滑动变阻器几乎不起作用,说明线路电阻很大,故可判断7、9间某处断路。
(3)由题意知 ,说明电流表的分压作用不显著,故可将电流表改为内接,并测出多组U、I值,求出Rx后,再取平均值作为实验结果。
热点3 实验探究拓展
典型例题
【例3】 某同学测量一个圆柱体的电阻率,需要测量圆柱体的尺寸和电阻。
(1)分别使用游标卡尺和螺旋测微器测量圆柱体的长度和直径,某次测量的示数如图甲和乙所示,长度为　　　 cm,直径为　　　　 mm。
(2)按图丙连接电路后,实验操作如下:
①将滑动变阻器R1的阻值置于最
　　　　(选填“大”或“小”)处;将S2拨向接点1,闭合S1,调节R1,使电流表示数为I0。
②将电阻箱R2的阻值调至最　　　　(选填“大”或“小”),S2拨向接点2;保持R1不变,调节R2,使电流表示数仍为I0,此时R2阻值为1 280 Ω。
(3)由此可知,圆柱体的电阻为　　　　 Ω。
答案:(1)5.01　5.316
(2)①大　②大
(3)1 280
解析:(1)游标卡尺的精度为0.1 mm,所以l=(50+1×0.1) mm =5.01 cm,螺旋测微器的读数为d=(5+31.6×0.01) mm=5.316 mm。
(2)①为了保护电流表,在接通电路之前,要使电路中的总电阻尽可能大,然后慢慢减小电路中的电阻。②为使电路电流较小,使电流表示数逐渐变大,电阻箱阻值也应先调至最大。
(3)将S1闭合,S2拨向接点1时,其等效电路图如图甲所示。
当S2拨向2时,其等效电路图如图乙所示。
由闭合电路欧姆定律知 ,当I相同均为I0时,R2=R圆柱体,所以R圆柱体=1 280 Ω。
测电阻的实验探究拓展方案。
成果验收站
1.(多选)在“测量金属丝的电阻率”的实验中,以下操作中错误的是(　　)
A.用米尺测量金属丝的全长,且测量三次,算出其平均值,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
答案:AC
解析:实验中应测量出金属丝接入电路中的有效长度,而不是全长;金属丝的电阻很小,与电压表内阻相差很大,使金属丝与电压表并联,电压表对它的分流作用很小,应采用电流表外接法,选项A、C错误,符合题意。
2.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。
甲
乙
答案:1.220　6.862(6.861~6.863均可)
解析:游标卡尺读数为d=12 mm+4×0.05 mm=12.20 mm= 1.220 cm;
螺旋测微器的读数为h=6.5 mm+36.2×0.01 mm=6.862 mm。
3.某学习小组为测量一铜芯电线的电阻率,他们截取了一段电线,用米尺测出其长度为l,用螺旋测微器测得其直径为d,已知其电阻值约为2 Ω。为提高测量的精度,该小组的人员从下列器材中挑选了一些元件,设计了一个电路,重新测量这段导线的电阻(用Rx表示)。
A.两节干电池
B.电压表V1(量程为0~3.0 V,内阻约为2 kΩ)
C.电压表V2(量程为0~15.0 V,内阻约为6 kΩ)
D.电流表A1(量程为0~0.6 A,内阻约为1 Ω)
E.电流表A2(量程为0~3.0 A,内阻约为0.1 Ω)
F.滑动变阻器R1(最大阻值10 Ω,额定电流2.0 A)
G.滑动变阻器R2(最大阻值1 kΩ,额定电流1.0 A)
H.定值电阻R0(阻值为3 Ω)
I.开关S一个,导线若干
(1)如图所示,该实验小组用螺旋测微器对铜芯电线直径的某次测量,其读数是　　　　 mm。
解析:(1)d=0.5 mm+20.0×0.01 mm=0.700 mm。
(2)比较电压表内阻、电流表内阻和待测电阻的大小关系,可得测量电路必须用电流表外接法,滑动变阻器采用分压式接法和限流式接法均可,优先选用限流式接法,如图所示。
4.现在要测量一段电阻丝的电阻率ρ,其阻值Rx约为0.5 Ω,允许通过的最大电流为0.5 A。现有如下器材可供选择:
电流表A(量程为0~0.6 A,内阻约为0.6 Ω)
电压表V(量程为0~3 V,内阻约为3 kΩ)
待测电阻丝Rx(阻值约为0.5 Ω)
标准电阻R0(阻值5 Ω)
滑动变阻器R1(5 Ω,2 A)
滑动变阻器R2(200 Ω,1.5 A)
直流电源E(输出电压为6 V)
开关S、导线若干
(1)如图为四位同学分别设计的测量电路的一部分,你认为合理的是　　　　。
(2)实验中滑动变阻器应该选择　　　　(选填“R1”或“R2”),并采用　　　　　接法。
C
R1
分压式
(3)根据你在(1)(2)中的选择,在图中完成实验电路的连接。
(4)实验中,如果两电表的读数分别为U和I,测得拉直后电阻丝的长度为l、直径为d,则待测电阻丝的电阻率ρ的计算式为ρ=　　　　　　　　。
(5)用螺旋测微器测量待测电阻丝的直径时读数如图所示,则该电阻丝的直径d=　　　 　 。

1.205(±0.002) mm
(3)根据测量电路图和滑动变阻器的分压式接法,实物连线如图所示。
5.某学校学习小组为了测量一段阻值为几欧姆的镍铬丝的电阻率,进行了以下实验操作。
(1)先用螺旋测微器测镍铬丝的直径,测量结果如图所示,则镍铬丝的直径d=　　　　 mm。之后用毫米刻度尺测得镍铬丝长度为l=90.00 cm。
1.200
(2)在测量镍铬丝的电阻时,要求镍铬丝两端电压能从零开始变化,学习小组已经将实物连接好了一部分,如图所示,请用笔画线代替导线,完成测量电路。
(3)实验中多次改变滑动变阻器滑片的位置,得到多组实验数据,以电压表示数U为纵轴、电流表示数I为横轴,在U-I坐标系中描点如图所示。请作出图像,并根据图像,求出被测镍铬丝的电阻R=　　　　 Ω。(保留2位有效数字)
3.0
(4)根据以上测量结果,得出被测镍铬丝的电阻率ρ=________ Ω·m。(保留2位有效数字)
(5)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正确的是　　　　。
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
3.8×10-6
CD
解析:(1)由题图所示螺旋测微器可知,其示数为
1 mm+20.0×0.01 mm=1.200 mm。
(2)镍铬丝两端电压能从零开始变化,滑动变阻器应采用分压接法,镍铬丝电阻远小于电压表内阻,电流表应采用外接法,实物电路图如图所示。
(3)根据坐标系内描出的点作出图像如图所示。
(5)根据实验误差的性质及产生的原因可知,电流表、电压表的内阻引起的误差为系统误差,电流表、电压表的读数引起的误差属于偶然误差,多次测量取平均值可减小偶然误差。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偶然误差,故A项错误;由于电流表和电压表内阻引起的误差属于系统误差,故B项错误;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,故C项正确;用U-I图像处理数据求金属丝电阻,可以减小偶然误差,故D项正确。

展开更多......

收起↑