高考物理大一轮复习 第七章实验七 测定金属的电阻率精选文档.ppt

高考物理大一轮复习 第七章 实验七 测定金属的电阻率课件本讲稿第一页，共三十一页实验目的1.掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法及电流表和电压表的读数方法。知识梳理知识梳理2.掌握螺旋测微器及游标卡尺的原理及读数方法。3.会用伏安法测电阻,进一步测定金属的电阻率。实验原理1.螺旋测微器(1)螺旋测微器的构造如图所示是常用的螺旋测微器。它的测砧A和固定刻度B固定在尺架C上。旋钮D、微调旋钮D和可动刻度E、测微螺杆F连在一起,通过精密螺纹套在B上。本讲稿第二页，共三十一页(2)螺旋测微器的原理精密螺纹的螺距为0.5mm,即旋钮D每旋转一周,F前进或后退0.5mm,而可本讲稿第三页，共三十一页动刻度E上的刻度为50等份,每转动一小格,F前进或后退0.01mm,即螺旋测微器的精确度为0.01mm。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:测量时被测物体长度的整毫米数由固定刻度读出,小数部分由可动刻度读出。测量值(毫米)=固定刻度数(毫米)(注意半毫米刻线是否露出)+可动刻度数(估读一位)0.01(毫米)如图所示,固定刻度示数为2.0mm,可动刻度上读的示数为15.00.01mm,最后的读数为:2.0mm+15.00.01mm=2.150mm。本讲稿第四页，共三十一页2.游标卡尺(如图)(1)构造:主尺、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。本讲稿第五页，共三十一页(2)用途:测量厚度、长度、深度、内径、外径。(3)原理:利用主尺的分度值与游标尺的分度值的差值制成。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1mm。常见的游标卡尺的游标尺上小等分刻度有10个的、20个的、50个的,见下表:刻度格数(分度)刻度总长度每小格与1mm的差值精确度(可准确到)109mm0.1mm0.1mm2019mm0.05mm0.05mm5049mm0.02mm0.02mm本讲稿第六页，共三十一页(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的与主尺上某一刻线对齐的游标尺上的格数,则记录结果表达为x+K精确度。3.伏安法测电阻(1)电流表的内接法和外接法的比较本讲稿第七页，共三十一页内接法外接法电路图误差原因电流表分压U测=Ux+UA电压表分流I测=Ix+IV电阻测量值R测=Rx+RARx测量值大于真实值R测=Rx测量值小于真实值适用条件RARxRVRx适用于测量大电阻小电阻本讲稿第八页，共三十一页(2)两种电路的选择阻值比较法: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“大内偏大,小外偏小”。临界值计算法Rx时,用电流表内接法。本讲稿第九页，共三十一页实验试探法:按图接好电路,让电压表一根接头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,则可采用电流表外接法;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,则本讲稿第十页，共三十一页可采用电流表内接法。4.电阻率的测定原理把金属丝接入如图所示的电路中,用电压表测金属丝两端的电压,用电流表测通过金属丝的电流,根据Rx=计算金属丝的电阻Rx,然后用毫米刻度尺测量金属丝的有效长度l,用螺旋测微器测量金属丝的直径d,计算出金属丝的横截面积S;根据电阻定律Rx=,得出计算金属丝电阻率的公式=。本讲稿第十一页，共三十一页实验器材毫米刻度尺,螺旋测微器,直流电流表和直流电压表,滑动变阻器(阻值范围050),电池组,开关,被测金属丝,导线若干。实验步骤1.求导线横截面积S,在准备好的金属丝上三个不同位置用螺旋测微器各测一次直径,求出其平均值d,S=。2.将金属丝两端固定在接线柱上悬空拉直,用毫米刻度尺测量接入电路的金属丝长度(即有效长度),反复测量三次,求出平均值l。本讲稿第十二页，共三十一页3.按照原理图(如图所示)连好用伏安法测电阻的实验电路。4.把滑动变阻器调到接入电路中的电阻值最大的位置,检查无误后,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值和电压值记录在表格中,断开S,求出金属丝电阻Rx的平均值。5.整理仪器。本讲稿第十三页，共三十一页数据处理1.在求Rx的平均值时可用两种方法。(1)第一种是用Rx=算出各次的数值,再取平均值。(2)第二种是用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,代入电阻率计算公式=。误差分析1.金属丝直径、有效长度的测量带来误差。2.测量电路中电流表及电压表对电阻测量的影响,因为电流表外接,所以R测R真,由R=,知测真。3.通电电流过大,时间过长,致使电阻丝发热,电阻率随之变化带来误差。本讲稿第十四页，共三十一页注意事项1.螺旋测微器的使用(1)测量前须校对零点:先使测砧A与测微螺杆F并拢,观察可动刻度零刻线与固定刻度的轴向线是否重合,以及可动刻度的边缘与固定刻度的零刻线是否重合,不重合时,用存放于螺旋测微器盒中的工具调节,直到完全重合为止。(2)测量时,当测微螺杆F将要接触被测物体时,要停止使用旋钮D,改用微调旋钮D,以避免F和被测物体间产生过大的压力。这样,既可以保护仪器,又能保证测量结果的准确。当听到“咔、咔”声后,止动,即可读数。(3)螺旋测微器应估读一位,即以mm作单位,应读到小数点后面第三位。(4)为防止读出的数据出现差错。可在读数前估计出大概的数值,若发现最后读数与开始估计数值相差较大,立即检查出错原因,如半毫米刻线是否露出等。本讲稿第十五页，共三十一页2.测定金属的电阻率(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拉直的情况下进行。(2)本实验中被测金属丝的阻值较小,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00.6A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。(5)实验连线时,应先从电源的正极出发,依次将电源,开关,待测金属丝,电流表,滑动变阻器连成干路,然后再把电压表并联在待测金属丝的两端。本讲稿第十六页，共三十一页1.(多选)“测定金属的电阻率”的实验中,以下操作中错误的是()A.用毫米刻度尺测量金属丝的全长,且测量三次,算出其平均值,然后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,电压表分流作用很小,应采用电流表外接法。故A、C操作错误。本讲稿第十七页，共三十一页2.将如图所示的螺旋测微器的读数写出来。甲.mm乙.cm答案7.4800.7580解析先读出固定刻度上的读数,再读出可动刻度上的读数。甲:7mm+48.00.01mm=7.480mm乙:7.5mm+8.00.01mm=7.580mm=0.7580cm。本讲稿第十八页，共三十一页3.为了测定一根长为20.00cm,直径为0.220mm的镍铬丝的电阻率(电阻率约为110-6m),提供下列器材:A.电动势为15V的直流电源一个;B.量程为0200A,内阻约为3.7k的电流表一只;C.量程为020mA,内阻约为40的电流表一只;D.量程为02A,内阻约为0.4的电流表一只;E.量程为012V,内阻约为40k的电压表一只;F.量程为015V,内阻约为50k的电压表一只;G.阻值为050,额定电流为1A的滑动变阻器一只;H.阻值为01k,额定电流为0.1A的滑动变阻器一只;I.开关一个;J.导线若干。现采用如图所示电路进行测定,请按实验需要,选出适当的器材。答:。(填字母代号)本讲稿第十九页，共三十一页答案ADEGIJ解析本题考查实验仪器的选择方法和技巧。由于电源只有一个,A必选;由R=算出镍铬丝的电阻约为5.26,先不考虑电流表、滑动变阻器的阻值,估算出电路中最大电流Im=A2.85A,可知电流表应选D,只要控制电路中的电流不超过2A就行。由于电源电动势才15V,考虑到滑动变阻器等器件的分压,镍铬丝上的电压可被控制在12V以内,电压表选E。因为滑动变阻器G的额定电流约为1A,最大阻值为50,是镍铬丝阻值的近10倍,所以滑动变阻器选G。开关、导线必选,故I、J必选。本讲稿第二十页，共三十一页4.在“测定金属的电阻率”的实验中,需要用刻度尺测出被测金属丝的长度l,用螺旋测微器测出金属丝的直径d,用电流表和电压表测出金属丝的电阻Rx。用电流表和电压表测金属丝的电阻时,由于电压表、电流表内阻的影响,不论使用电流表内接法还是电流表外接法,都会产生系统误差。按如图所示的电路进行测量,可以消除由于电表内阻造成的系统误差。利用该电路进行实验的主要操作过程是:本讲稿第二十一页，共三十一页第一步:先将R2的滑动触头调到最左端,单刀双掷开关S2向1闭合,闭合开关S1,调节滑动变阻器R1和R2,使电压表和电流表的示数尽量大些(不超过量程),读出此时电压表和电流表的示数U1、I1。第二步:保持两滑动变阻器的滑动触头位置不变,将单刀双掷开关S2向2闭合,读出此时电压表和电流表的示数U2、I2。请写出由以上记录数据计算被测电阻的表达式Rx=。本讲稿第二十二页，共三十一页答案-解析第一步对应的等效电路如图甲所示,则Rx+RA+R1=,第二步对应的等效电路如图乙所示。则RA+R1=,由以上两式求得Rx=-。本讲稿第二十三页，共三十一页典例1在“测定金属丝电阻率”实验中,若粗估金属丝的电阻Rx约为3,为尽可能减小误差,要求金属丝发热功率P0.75W,(1)实验中用螺旋测微器测量金属丝直径时,可估读到mm,用毫米刻度尺测量金属丝长度时,可估读到mm。(2)下述器材中应选用的是。(用字母代替)A.6V电池组B.电流表(00.6A,内阻0.5)C.电流表(03A,内阻0.01)D.电压表(03V,内阻1k)E.电压表(015V,内阻5k)一、器材的选取和实物图的连接一、器材的选取和实物图的连接重难突破重难突破本讲稿第二十四页，共三十一页F.滑动变阻器(0100,额定电流1A)G.滑动变阻器(020,额定电流1A)(3)在方框内画出电路图。(4)在图中,将各器材连成实验电路。本讲稿第二十五页，共三十一页(2)P0.75W,Rx3,所以金属丝两端的电压应小于V=1.5V,故电压表应选D;流过的电流应小于A=0.5A,故电流表应选B;滑动变阻器从方便调节角度考虑选G;电池选A。(3)注意电流表外接,滑动变阻器采用分压式接法。(4)如图所示解析(1)螺旋测微器可估读到0.001mm;毫米刻度尺可估读到分度值的下一位,即0.1mm。答案(1)0.0010.1(2)ABDG(3)如图所示本讲稿第二十六页，共三十一页(4)见解析图本讲稿第二十七页，共三十一页二、实验数据的处理二、实验数据的处理典例2某实验小组利用实验室提供的器材探究一种金属丝的电阻率。所用的器材包括:输出电压为3V的直流稳压电源、电流表、待测金属丝、螺旋测微器(千分尺)、米尺、电阻箱、开关和导线等。(1)他们截取了一段金属丝,拉直后固定在绝缘的米尺上,并在金属丝上夹上一个小金属夹,金属夹可在金属丝上移动。请根据现有器材,设计实验电路,并连接电路实物图(如图甲)。本讲稿第二十八页，共三十一页断开开关,合上开关,重复的操作。(3)该小组测得电流与金属丝接入长度关系的数据,并据此绘出了图乙的关系图线,其斜率为A-1m-1(保留三位有效数字);图线纵轴截距与电源电动势的乘积代表了的电阻之和。(4)他们使用螺旋测微器测量金属丝的直径,示数如图丙所示。金属丝的直径是,图乙中图线的斜率、电源电动势和金属丝横截面积的乘积代表的物理量是,其数值和单位为(保留三位有效数字)。(2)实验的主要步骤如下:正确连接电路,设定电阻箱的阻值,开启电源,合上开关;读出电流表的示数,记录金属夹的位置;丙本讲稿第二十九页，共三十一页解析(2)实验需要进行多次测量取平均值,因此,需要改变金属丝上金属夹的位置。(3)根据E=I(R0+RA)+IR,其中R0为电阻箱的电阻值,R为电阻丝接入电路的阻值。由公式变形得:=+。所以图线纵轴截距为,则纵轴截距与电动势的乘积代表了电阻箱和电流表的内阻之和。(4)根据螺旋测微器的读数规律可得读数为20.00.01mm=0.200mm。因为R=,所以=+L,斜率与SE的乘积表示电阻率。=kSE=m=9.8910-7m。答案(1)如图本讲稿第三十页，共三十一页(2)改变金属丝上金属夹的位置(3)10.510.6金属丝接入长度为零时全电路(或电阻箱和电流表)(4)0.1980.202mm金属丝的电阻率9.6910-71.0210-6m本讲稿第三十一页，共三十一页