2019学年高中物理 第二章 恒定电流 实验:测定金属的电阻率学案 新人教版必修2.doc
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1、- 1 -实验:测定金属的电阻率实验:测定金属的电阻率学科素养与目标要求物理观念:掌握测定金属电阻率的实验原理、实验器材.科学探究:了解本实验需要测的物理量及所用的器材和方法;能进行分组分层、自主合作探究,能综合信息进行数据处理.科学思维:进一步掌握用伏安法测电阻的电路的设计思想,会根据不同情况设计电路图.科学态度与责任:在实验过程中保持很好地交流、合作,准确记录数据,认真进行数据处理.1.实验原理(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.U I图 1(2)用毫米刻度尺测出金属丝的长度l,用螺旋测微器测出金属丝的直径d,算出横截面积S(S).d2 4
2、(3)由电阻定律R,得,求出电阻率.l SRS ld2R 4ld2U 4lI2.实验器材螺旋测微器、毫米刻度尺、电压表、电流表、开关及导线、待测金属丝、电池、滑动变阻器.3.实验步骤(1)测直径:用螺旋测微器在待测金属丝上三个不同位置各测一次直径,并记录.(2)连电路:按如图 1 所示的电路图连接实验电路.(3)量长度:用毫米刻度尺测量接入电路中的待测金属丝的有效长度,重复测量 3 次,并记录.(4)求电阻:把滑动变阻器的滑动触头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
3、开关 S.(5)拆除实验电路,整理好实验器材.- 2 -4.数据处理电阻R的数值可用以下两种方法确定:计算法:利用每次测量的U、I值分别计算出电阻,再求出电阻的平均值作为测量结果.图象法:可建立IU坐标系,将测量的U、I值描点作出图象,利用图象的斜率来求出电阻值R.5.注意事项(1)因一般金属丝电阻较小,为了减少实验的系统误差,必须选择电流表外接法;(2)本实验若用限流式接法,在接通电源之前应将滑动变阻器调到阻值最大状态.(3)测量l时应测接入电路的金属丝的有效长度(即两接线柱之间的长度);在金属丝的 3 个不同位置上用螺旋测微器测量直径d.(4)电流不宜过大(电流表用 00.6 A 量程),
4、通电时间不宜太长,以免电阻率因温度升高而变化.一、实验原理及操作例 1 在“探究电阻与长度、横截面积的关系”的实验中,用刻度尺测量金属丝直径时的刻度位置如图 2 所示,金属丝的匝数为 39,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,然后用控制变量法探究电阻与导体长度、横截面积的关系.图 2(1)从图中读出金属丝的直径为 mm.(2)为此取来两节新的干电池、开关和若干导线及下列器材:A.电压表 03 V,内阻约 10 kB.电压表 015 V,内阻约 50 kC.电流表 00.6 A,内阻约 0.05 D.电流表 03 A,内阻约 0.01 E.滑动变阻器,
5、010 F.滑动变阻器,0100 要求较准确地测出其阻值,电压表应选 ,电流表应选 ,滑动变阻器应选 - 3 -.(填序号)实验中某同学的实物连线如图 3 所示,请指出该同学实物连线中的两处明显错误.图 3错误a: ;错误b: .答案 (1)0.649(0.6470.651 均可) (2)A C E错误a:导线连接在滑动变阻器的滑片上 错误b:采用了电流表内接法解析 (1)从题图中可读出紧密绕制的金属丝的宽度为 2.53 cm,故直径为0.064 9 2.53 cm 39cm0.649 mm(0.6470.651 mm 均可).(2)因为两节干电池的电动势是 3 V,故用 3 V 量程的电压表
6、 A;因为金属丝的电阻大约为5 ,如果把 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 ,为了减小实验误差,应选 10 的滑动变阻器 E.二、实验数据处理例 2 在“测定金属的电阻率”实验中,所用测量仪器均已校准.待测金属丝接入电路部分的长度约为 50 cm.图 4(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径,其中某一次测量结果如图 4 所示,其读数应为 mm(该值接近多次测量的平均值).(2)用伏安法测金属丝的电阻Rx.实验所用器材为电池组(电动势 3 V)、电流表(内阻约 0.1 )、电压表(内阻约 3 k)、滑动变阻器R
7、(020 ,额定电流 2 A)、开关、导线若干.某小组同学利用以上器材正确连接好电路,进行实验测量,记录数据如下:次数1234567U/V0.100.300.701.001.501.702.30- 4 -I/A0.0200.0600.1600.2200.3400.4600.520由以上实验数据可知,他们测量Rx是采用图 5 中的 图(选填“甲”或“乙”).图 5(3)图 6 是测量Rx的实验器材实物图,图中已连接了部分导线,滑动变阻器的滑片P置于变阻器的一端.请根据(2)所选的电路图,补充完成图中实物间的连线,并使闭合开关的瞬间,电压表或电流表不至于被烧坏.图 6(4)这个小组的同学在坐标纸上
8、建立U、I坐标系,如图 7 所示,图中已标出了与测量数据对应的 4 个坐标点.请在图中标出第 2、4、6 次测量数据的坐标点,并描绘出UI图线.由图线得到金属丝的阻值Rx (保留两位有效数字).图 7(5)根据以上数据可以估算出金属丝电阻率约为 (填选项前的符号).A.1102 m B.1103 mC.1106 m D.1108 m(6)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中正确的是 (有多个正确选项).A.用螺旋测微器测量金属丝直径时,由读数引起的误差属于系统误差B.由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的内阻计算在内,可以消除由测
9、量仪表引起的系统误差D.用UI图象处理数据求金属丝电阻可以减小偶然误差答案 (1)0.398(0.3950.399 均正确) (2)甲 (3)见解析图 (4)见解析图 - 5 -4.4(4.34.7 均可) (5)C (6)CD解析 (1)螺旋测微器的读数为 0 mm39.80.01 mm0.398 mm.(2)由实验记录的数据可知Rx的阻值大约为 5 .由题知RxRV,故电流表外接.若滑动变阻器接为限流式接法,电路中最小电流值Imin0.12 A,则Rx两端的电压最小U R1RRA值UminIminRx0.6 V,而从实验数据可知Rx两端电压可为 0.10 V,因此滑动变阻器应采用分压式接法
10、.(3)实物图如图甲所示甲(4)图线应过原点,选尽可能多的点连成一条直线,不在直线上的点均匀分布在直线两侧,明显偏离的点应舍去,如图乙所示.乙图线的斜率反映了金属丝的电阻,因此金属丝的电阻值Rx4.4 .(5)根据Rx得金属丝的电阻率 l SRxS lRxd2 4l3.14 4.4 0.398 10324 0.5m1.09106 m,故选项 C 正确.(6)系统误差是由仪器的某些不完善或实验方法不够完善等产生的,其测量结果总是偏大或偏小;偶然误差具有随机性,可以通过多次测量取平均值或图象法来减小偶然误差.现在要测量一段电阻丝的电阻率,其阻值Rx约为 0.5 ,允许通过的最大电流为 0.5 A.
11、现有如下器材可供选择:电流表 A(量程 0.6 A,内阻约为 0.6 )电压表 V(量程 3 V,内阻约为 3 k)待测电阻丝Rx(阻值约为 0.5 )标准电阻R0(阻值 5 )- 6 -滑动变阻器R1(5 ,2 A)滑动变阻器R2(200 ,1.5 A)直流电源E(E6 V,内阻不计)开关 S、导线若干(1)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;(3)根据你在(1)(2)中的选择,在图 8 甲上完成实验电路的连接;图 8(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
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