1、温馨提示： 此套题为Word版，请按住Ctrl,滑动鼠标滚轴，调节合适的观看比例，答案解析附后。关闭Word文档返回原板块。实验2金属丝电阻率的测量实验必备自主学习一、实验目的1.学会使用伏安法测量电阻。2.会测量金属导体的电阻率。二、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(50 ),开关,导线若干,螺旋测微器,毫米刻度尺。三、实验原理与设计1.实验原理:设金属导线长度为l,导线直径为d,电阻率为,则:由R=,得:=。2.实验设计:按伏安法测电阻的电路原理图连接好实验电路。实验过程探究学习 实验步骤 1.直径测定:用螺旋测微器在被测金属丝
2、上的三个不同位置各测一次直径,求出其平均值d,计算出金属丝的横截面积S=。2.电路连接:按图甲或乙所示的电路原理图连接好用伏安法测电阻的实验电路。3.长度测量: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3次,求出其平均值l。4.电阻测量: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位置,读出几组相应的电流表和电压表示数I和U的值,填入表格中,断开开关S,求出电阻Rx的平均值。UIRx5.拆除实验线路,整理好实验器材。 数据收集与分析 1.在求Rx的平均值时可用两种方法:(1)用Rx=分别算出各次的数值,再取平均值。
3、(2)用U-I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式=Rx=Rx。1.怎样测量被测金属导线的有效长度?(科学态度与责任)提示:测量被测金属导线的有效长度,是指测量待测导线接入电路的两个端点之间的长度,亦即电压表两并入点间的部分待测导线长度。测量时应将导线拉直。2.闭合开关S之前,滑动变阻器的滑片处在什么位置?(科学探究)提示:闭合开关S之前,一定要使滑动变阻器的滑片处在有效电阻值最大的位置。 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
4、,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。测量金属丝直径,是在连入电路之前还是之后?提示:为了方便,测量直径时应在金属丝连入电路之前测量。实验研析创新学习 类型一教材原型实验角度1实验原理和实验操作【典例1】某兴趣小组在做“测定金属丝的电阻率”的实验中,通过粗测电阻丝的电阻约为5 ,为了使测量结果尽量准确,从实验室找出以下供选择的器材:A.电池组(3 V,内阻约1 );B.电流表A1(03 A,内阻0.012 5 );C.电流表A2(00.6 A,内阻0.125 );D.电压表V1
5、(03 V,内阻4 k);E.电压表V2(015 V,内阻15 k);F.滑动变阻器R1(020 ,额定电流1 A);G.滑动变阻器R2(02 000 ,额定电流0.3 A);H.开关、导线若干。(1)上述器材中,电流表应选_,电压表应选_,滑动变阻器应选_(填写器材前的字母)。为使通过待测金属丝的电流能从00.5 A范围内改变,电路应选_(填写甲、乙、丙、丁)。(2)若用L表示金属丝接入电路中的长度,d表示直径,U表示金属丝上的电压。I表示金属丝中的电流,请用以上字母写出计算金属丝电阻率的表达式=_。【解析】(1)由于电源电动势为3 V,由I= A=0.5 A,可知电路中最大电流约为0.5
6、A,则电流表选C;电表读数要达到半偏,则电压表选D;为了操作方便,应选择和被测电阻阻值相差不大的滑动变阻器,故选F;要求电流从零变化,故选用滑动变阻器的分压接法,又,故采用电流表的外接法,所以电路图甲符合。(2)根据欧姆定律可得Rx=,根据电阻定律可得Rx=,解得=,即被测电阻的电阻率为=。答案:(1)CDF甲(2)角度2实验数据处理【典例2】某学生用如图甲所示电路测金属导线的电阻率,可供使用的器材有:被测金属导线ab,电阻约为10 ,允许流过的最大电流为0.8 A;稳恒电源E,电源输出电压恒为E=12 V;电压表V,量程为3 V,内阻约5 k;保护电阻:R1=10 ,R2=30 ,R3=20
7、0 ;刻度尺、螺旋测微器,开关S,导线若干等。实验时的主要步骤如下:用刻度尺量出导线ab的长度l,用螺旋测微器测出导线的直径d。按如图甲所示电路将实验所需器材用导线连接好。闭合开关S,移动接线触片P,测出aP长度x,读出电压表的示数U。描点作出U-x图线求出金属导线的电阻率。完成下列填空:(1)用螺旋测微器测量金属导线的直径d,其示数如图乙所示,该金属导线的直径d=_mm。(2)如果实验时既要保证安全,又要测量误差较小,保护电阻R0应选_。(3)根据多次实验测出的aP长度x和对应每次实验读出的电压表的示数U画出的U-x图线如图丙所示,其中图线的斜率为k,则金属导线的电阻率=_。(用实验器材中给
8、出的物理量字母和实验步骤中测出的物理量字母表示)【解析】(1)根据螺旋测微器读数规则,该金属导线的直径d=0.5 mm+37.00.01 mm=0.870 mm。(2)根据题述可知电源输出电压恒为E=12 V,电压表V的量程为3 V,保护电阻R应该分压9 V。由于被测金属导线ab的电阻约为10 ,所以保护电阻R0应选R2=30 。(3)被测金属导线横截面积S=,aP段电阻Rx=。电压表的示数U=IRx,电流I=,又=,联立得到:U=x。U-x图线的斜率k=,解得:=。答案:(1)0.870(2)R2(3)类型二创新型实验【典例3】利用如图甲所示的电路测量某种电阻丝材料的电阻率,所用电阻丝的电阻
9、约为20 。带有刻度尺的木板上有a和b两个接线柱,把电阻丝拉直后固定在接线柱a和b上。在电阻丝上夹上一个带有接线柱c的小金属夹,沿电阻丝移动金属夹,可改变其与电阻丝接触点P的位置,从而改变接入电路中电阻丝的长度。可供选择的器材还有:电池组E(电动势为3.0 V,内阻约为1 );电流表A1(量程0100 mA,内阻约为5 );电流表A2(量程00.6 A,内阻约为0.2 );电阻箱R(0999.9 );开关、导线若干。实验操作步骤如下:A.用螺旋测微器在电阻丝上三个不同的位置分别测量电阻丝的直径;B.将选用的实验器材,按照图甲连接实验电路;C.调节电阻箱使其接入电路中的电阻值较大;D.将金属夹夹
10、在电阻丝上某位置,闭合开关,调整电阻箱的阻值,使电流表满偏,然后断开开关,记录电阻箱的电阻值R和接入电路的电阻丝长度L;E.改变金属夹与电阻丝接触点的位置,闭合开关,调整电阻箱的阻值,使电流表再次满偏,重复多次,记录每一次电阻箱的电阻值R和接入电路的电阻丝长度L;F.断开开关,整理好器材。(1)某次测量电阻丝直径d时,螺旋测微器示数如图乙所示,则d=_mm。(2)实验中电流表应选择_(选填“A1”或“A2”)。(3)用记录的多组电阻箱的阻值R和对应的接入电路中电阻丝长度L的数据,绘出了如图丙所示的R-L关系图线。图线在R轴的截距为R0,在L轴的截距为L0,再结合测出的电阻丝直径d,写出电阻丝的
11、电阻率表达式=_(用给定的物理量符号和已知常数表示)。(4)本实验中,电流表的内阻对电阻率的测量结果_(选填“有”或“无”)影响。【解析】(1)根据螺旋测微器读数规则可得d=0.5 mm+0.232 mm=0.732 mm。(2)根据题意,电路中可能出现的最大电流为I=0.15 A=150 mA,故电流表选择A1即可。(3)由闭合电路的欧姆定律可知,E=I(R+r+RA+R电阻丝)=I(R+r+RA+),联立解得R=-r-RA-L,由已知条件可知,k=-=-,解得=。(4)由=可知,本实验中电流表的内阻RA对电阻率的测量结果无影响。答案:(1)0.732(2)A1(3)(4)无【创新评价】实验
12、原理的创新(1)采用等效法测变化的电阻;(2)通过R-L图线求电阻率。课堂检测素养达标1.在“测定金属丝的电阻率”的实验中,用螺旋测微器测量金属丝的直径d,如图甲所示,则金属丝的直径为_mm。用游标卡尺测量金属丝的长度L,如图乙所示,则长度为_mm。若测得该金属丝的电阻为R,则其电阻率=_(用题中字母表示)。【解析】螺旋测微器固定刻度与可动刻度示数之和是螺旋测微器示数,故金属丝直径d=0+31.50.01 mm=0.315 mm;游标卡尺的读数是由主尺与游标尺的示数之和,故金属丝的长度L=13 mm+8 mm=13.40 mm。根据电阻定律有:R=,求得电阻率为:=。答案:0.315(0.31
13、30.317) 13.402.在测金属丝电阻率的实验中,回答下列问题。(1)测得某金属丝的有效长度为L,直径为d,两端的电压为U,通过它的电流为I,可以得到该金属丝的电阻率=_(用题中所给的物理量符号表示)。(2)若金属丝的电阻约为5 ,电流表内阻约为1 ,电压表内阻约为1 k,则实验中应该将电流表_(选填“内接”或“外接”)。(3)若实验中采取电流表内接法,则金属丝电阻率实际测量值_(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。【解析】(1)根据电阻定律有R=,又R=,解得=。(2)由题中数据可知Rx=5 =10 ,故应采用电流表外接法。(3)若采用内接法,因为金属丝的电阻较小,由于电流表的分压作用,
14、电压的测量值偏大,根据=可知金属丝电阻率实际测量值也偏大。答案:(1)(2)外接(3)偏大3.在测定金属丝电阻率的实验中:(1)如图1所示,用50分度游标卡尺测量待测金属丝的直径,其示数是_ mm。(2)按题图2所示的电路图在题图3中用笔画线代替导线,补充连接实物电路示意图。【解析】(1)由图1所示游标卡尺可知,其示数为:10 mm+260.02 mm=10.52 mm;(2)根据图2所示电路图连接实物电路图,实物电路图如图所示:答案:(1)10.52(2)见解析图4.某同学设计了一个检测河水电阻率的实验。他在一根粗细均匀的长玻璃管两端装上两个橡胶塞和铂电极,如图甲所示,两电极相距L=0.31
15、4 m,其间充满待测的河水。他选用了以下仪器测量玻璃管内河水的电阻:量程15 V,内阻约300 k的电压表;量程300 A,内阻约 50 的电流表;最大阻值1 k的滑动变阻器;电动势E=12 V,内阻r=6 的电池组;开关一只、导线若干。(1)该同学装入河水前先用游标卡尺测量玻璃管的内径,结果如图乙所示。玻璃管的内径d=_mm。(2)该同学设计了合理的测量电路,通过改变滑动变阻器阻值测得了玻璃管两端的电压和电流,并在图丁的U-I坐标系内描出了9个数据点。请在图丙的实物图中用笔画线代替导线完善电路的连接。(3)请在图丁中作出U-I图像,计算出玻璃管内水柱的电阻R=_,电阻率=_m(结果保留三位有
16、效数字)。【解析】(1)主尺读数为5 mm,游标尺为20分度,精度值为0.05 mm,所以游标卡尺的读数为d=5 mm+0.0510 mm=5.50 mm。(2)根据U-I图像可知电流从零开始,所以滑动变阻器应用分压式接法,由于水柱的电阻远大于电流表内阻,所以电流表应用内接法,实物连线图如图所示:(3)根据描点法,在图中画出U-I图像,用直线将尽可能多的点连起来,如图则图像的斜率表示水柱的电阻,则有R= =1.00105 (0.9231051.08105 ),根据电阻定律R=,且S=,解得=R,代入数据可算出河水的电阻率=7.56 m(6.988.17 m)。答案:(1)5.50(2)见解析图
17、(3)见解析图1.00105(0.9231051.08105)7.56(6.988.17)【加固训练】某课题组通过实验测量河水的电阻率。现备有一根均匀的长玻璃管(两端各有一个可移动圆形电极,可装入样品水,接触电阻不计)、直尺、待测的水样品。他们用伏安法多次测量的数据如表(为使实验处理方便,实验时每次都把电流表示数调到相同);实验中还用10分度的游标卡尺测量了玻璃管的内径,结果如图甲所示。序号水柱长度/cm电压表示数/V电流表示数/A110210022041003306100440810055010100(1)玻璃管内径d的测量值为_cm。(2)用水柱长度L与计算出的水柱电阻R在图乙中描点,画出R-L图像(要求标出坐标轴的物理量、单位和对应的数值)。(3)计算出所测样品水的电阻率为_m。【解析】(1)由游标卡尺直接读数得玻璃管内径为22 mm+0.1 mm6=22.6 mm=2.26 cm。(2)由表中数据可以计算出不同长度水柱的电阻,R1= =20 k、R2=40 k、R3=60 k、R4=80 k、R5=100 k,在坐标系中描点得到R-L图线如图所示。(3)L=30 cm时,R3=60 k,d=2.26 cm,由电阻定律R3= 得,=,代入数据解得=80.2 m。答案:(1)2.26(2)见解析图(3)80.2关闭Word文档返回原板块
