高考物理一輪復習 第八章 恒定電流 第3講 實驗 測定金屬的電阻率（同時練習使用螺旋測微器）課件.ppt

課標版物理 第3講實驗 測定金屬的電阻率 同時練習使用螺旋測微器 一 螺旋測微器 1 原理 測微螺桿與固定刻度之間的精密螺紋的螺距為0 5mm 即旋鈕每旋轉(zhuǎn)一周 測微螺桿前進或后退0 5mm 而可動刻度上的刻度為50等份 每轉(zhuǎn)動一小格 測微螺桿前進或后退0 01mm 即螺旋測微器的精確度為0 01mm 讀數(shù)時估讀到毫米的千分位上 因此 螺旋測微器又叫千分尺 2 讀數(shù) 測量值 mm 固定刻度數(shù) mm 注意半毫米刻度線是否露出 可動刻度數(shù) 估讀一位 0 01 mm 二 游標卡尺1 原理 利用主尺的分度值與游標尺的分度值的差值制成 不管游標尺上有多少個小等分刻度 它的刻度部分的總長度比主尺上的同樣多的小等分刻度的長度少1mm 2 讀數(shù) 若用x表示由主尺上讀出的整毫米數(shù) k表示從游標尺上讀出的與主尺上某一刻線對齊的游標尺上的格數(shù) 則記錄結(jié)果表達為x k 精確度 三 常用電表的讀數(shù)對于電壓表和電流表的讀數(shù)問題 首先要弄清電表量程 然后根據(jù)表盤總的刻度數(shù)確定精確度 按照指針的實際位置進行讀數(shù)即可 1 0 3v的電壓表和0 3a的電流表讀數(shù)方法相同 此量程下的精確度是0 1v或0 1a 看清楚指針的實際位置 讀到小數(shù)點后面兩位 2 對于0 15v量程的電壓表 精確度是0 5v 在讀數(shù)時只要求讀到小數(shù)點后面一位 即讀到0 1v 3 對于0 0 6a量程的電流表 精確度是0 02a 在讀數(shù)時只要求讀到小數(shù)點后面兩位 這時要求 半格估讀 即讀到分度值的一半0 01a 四 電流表的內(nèi)接法和外接法1 兩種接法的比較 2 兩種接法的選擇 1 阻值比較法 先將待測電阻的估計值與電壓表 電流表內(nèi)阻進行比較 若rx較小 宜采用電流表外接法 若rx較大 宜采用電流表內(nèi)接法 簡單概括為 大內(nèi)偏大 小外偏小 2 臨界值計算法rx時 用電流表內(nèi)接法 3 實驗試探法 按圖接好電路 讓電壓表一根接頭p先后與a b處接觸一下 如果電壓表的示數(shù)有較大的變化 而電流表的示數(shù)變化不大 則可采用電流表外接法 如果電流表的示數(shù)有較大的變化 而電壓表的示數(shù)變化不大 則可采用電流表內(nèi)接法 五 滑動變阻器的限流接法和分壓接法1 兩種接法的比較 由上表可以看出 滑動變阻器的分壓式接法中 電壓和電流的調(diào)節(jié)范圍很大 限流式接法較節(jié)能 2 兩種接法的選擇 1 兩種接法的一般適用條件a 限流式接法適合測量阻值小的電阻 跟滑動變阻器的總電阻相比相差不多或比滑動變阻器的總電阻還小 b 分壓式接法適合測量阻值較大的電阻 一般比滑動變阻器的總電阻要大 2 必須采用分壓式接法的三種情況 a 若采用限流式接法不能控制電流 或電壓 滿足實驗要求 即若滑動變阻器阻值調(diào)到最大時 待測電阻上的電流 或電壓 仍超過電流表 或電壓表 的量程 或超過待測電阻的額定電流 或電壓 則必須選用分壓式接法 b 若待測電阻的阻值比滑動變阻器總電阻大得多 以致在限流電路中 滑動變阻器的滑片從一端滑到另一端時 待測電阻上的電流或電壓變化范圍不夠大 此時 應改用分壓電路 c 若實驗中要求電壓從零開始調(diào)節(jié) 則必須采用分壓式電路 3 兩種電路均可使用的情況下 應優(yōu)先采用限流式接法 因為限流式接法電路簡單 耗能低 實驗目的 1 掌握電流表 電壓表和滑動變阻器的使用方法 2 掌握螺旋測微器的使用方法和讀數(shù)方法 3 學會利用伏安法測電阻 進一步測出金屬絲的電阻率 實驗原理 根據(jù)電阻定律公式知道需測出金屬絲的長度l和它的直徑d 并計算出橫截面積s 并用伏安法測出電阻rx 即可計算出金屬絲的電阻率 實驗器材 被測金屬絲 螺旋測微器 毫米刻度尺 電池組 電流表 電壓表 滑動變阻器 開關(guān) 導線若干 1 直徑測定 用螺旋測微器在被測金屬導線上的三個不同位置各測一次直徑 求出其平均值d 計算出導線的橫截面積s 2 電路連接 按如圖所示的原理電路圖連接好用伏安法測電阻的實驗電路 3 長度測量 用毫米刻度尺測量接入電路中的被測金屬導線的有效長度 反復測量3次 求出其平均值l 實驗步驟 4 u i測量 把滑動變阻器的滑片調(diào)節(jié)到使其接入電路中的電阻值最大的位置 電路經(jīng)檢查確認無誤后 閉合開關(guān)s 改變滑動變阻器滑片的位置 讀出幾組相應的電流表 電壓表的示數(shù)i和u的值 記入表格內(nèi) 斷開開關(guān)s 5 拆去實驗線路 整理好實驗器材 數(shù)據(jù)處理 1 在求rx的平均值時可用兩種方法 1 用rx 分別算出各次的阻值 再取平均值 2 用u i圖線的斜率求出阻值 2 計算電阻率將記錄的數(shù)據(jù)rx l d的值代入電阻率計算式 rx 注意事項 1 本實驗中被測金屬導線的電阻值較小 因此實驗電路一般采用電流表外接法 2 實驗連線時 應先從電源的正極出發(fā) 依次將電源 開關(guān) 電流表 待測金屬導線 滑動變阻器連成主干線路 閉合電路 然后再把電壓表并聯(lián)在待測金屬導線的兩端 3 測量被測金屬導線的有效長度 是指測量待測導線接入電路的兩個端點之間的長度 亦即電壓表兩端點間的待測導線長度 測量時應將導線拉直 反復測量三次 求其平均值 4 測金屬導線直徑一定要選三個不同部位進行測量 求其平均值 5 閉合開關(guān)s之前 一定要使滑動變阻器的滑片處在有效電阻值最大的位置 6 在用伏安法測電阻時 通過待測導線的電流i不宜過大 電流表用0 0 6a量程 通電時間不宜過長 以免金屬導線的溫度明顯升高 造成其電阻率在實驗過程中逐漸增大 7 求r的平均值時可用兩種方法 第一種是用r u i算出各次的測量值 再取平均值 第二種是用圖像 u i圖線 來求出 若采用圖像法 在描點時 要盡量使各點間的距離拉大一些 連線時要盡可能地讓各點均勻分布在直線的兩側(cè) 個別明顯偏離較遠的點可以不予考慮 誤差分析 1 金屬絲的橫截面積是利用直徑計算而得 直徑的測量是產(chǎn)生誤差的主要來源之一 2 采用伏安法測量金屬絲的電阻時 由于采用的是電流表外接法 測量值小于真實值 使電阻率的測量值偏小 3 金屬絲的長度測量 電流表和電壓表的讀數(shù)等會帶來偶然誤差 4 由于金屬絲通電后發(fā)熱升溫 會使金屬絲的電阻率變大 造成誤差 考點一儀器的讀數(shù)典例1 2015海南單科 11 6分 某同學利用游標卡尺和螺旋測微器分別測量一圓柱體工件的直徑和高度 測量結(jié)果如圖 a 和 b 所示 該工件的直徑為cm 高度為mm 圖 a 圖 b 答案1 2206 860解析圖 a 為20分度的游標卡尺 其精度為0 05mm 主尺讀數(shù)為12mm 游標尺上第4條刻線與主尺上的一條刻線對齊 故測量結(jié)果為12mm 4 0 05mm 12 20mm 1 220cm 螺旋測微器的精度為0 01mm 由圖 b 知固定刻度讀數(shù)為6 5mm 可動刻度讀數(shù)為 36 0 故工件的高度為6 5mm 36 0 0 01mm 6 860mm 1 1如圖所示的兩把游標卡尺 它們的游標尺從左到右分別為9mm長10等分 19mm長20等分 它們的讀數(shù)依次為mm mm 答案16 823 85 解析圖甲讀數(shù) 整毫米是16 不足1毫米數(shù)是8 0 1mm 0 8mm 最后結(jié)果是16mm 0 8mm 16 8mm 乙圖讀數(shù) 整毫米是23 不足1毫米數(shù)是17 0 05mm 0 85mm 最后結(jié)果是23mm 0 85mm 23 85mm 1 2使用螺旋測微器測量兩個金屬絲的直徑 示數(shù)如圖所示 則甲 乙金屬絲的直徑分別為mm mm 答案2 1500 050解析對圖甲 甲固定刻度示數(shù)為2 0mm 不足半毫米的從可動刻度上讀的 示數(shù) 為15 0 最后的讀數(shù)為 2 0mm 15 0 0 01mm 2 150mm 對圖乙 乙金屬絲的直徑為5 0 0 01mm 0 050mm 1 3電流表量程一般有兩種 0 0 6a 0 3a 電壓表量程一般有兩種 0 3v 0 15v 如圖所示 接0 3v量程時讀數(shù)為v 接0 15v量程時讀數(shù)為v 接0 3a量程時讀數(shù)為a 接0 0 6a量程時讀數(shù)為a 答案 1 90 9 5 0 82 0 17 考點二器材的選取和電路的設計典例2在測量金屬絲電阻率的實驗中 可供選用的器材如下 待測金屬絲 rx 阻值約4 額定電流約0 5a 電壓表 v 量程3v 內(nèi)阻約3k 電流表 a1 量程0 6a 內(nèi)阻約0 2 a2 量程3a 內(nèi)阻約0 05 電源 e1 電動勢3v 內(nèi)阻不計 e2 電動勢12v 內(nèi)阻不計 滑動變阻器 r 最大阻值約20 螺旋測微器 毫米刻度尺 開關(guān)s 導線 用螺旋測微器測量金屬絲的直徑 示數(shù)如圖所示 讀數(shù)為mm 若滑動變阻器采用限流接法 為使測量盡量精確 電流表應選 電源應選 均填器材代號 在虛線框內(nèi)完成電路原理圖 答案 1 773 1 771 1 775均正確 a1e1電路圖如圖所示解析 根據(jù)螺旋測微器的讀數(shù)規(guī)則讀數(shù) 注意半刻度線已經(jīng)露出 待測金屬絲的額定電流約0 5a 用a2時指針偏角太小 造成測量結(jié)果不準確 因電壓表的量程是3v 用e2時有可能燒壞電壓表 因 故用電流表的外接法 2 1 2013安徽理綜 21 1 在測定一根粗細均勻合金絲電阻率的實驗中 利用螺旋測微器測定合金絲直徑的過程如圖所示 校零時的讀數(shù)為mm 合金絲的直徑為mm 2 為了精確測量合金絲的電阻rx 設計出如圖1所示的實驗電路圖 按照該電路圖完成圖2中的實物電路連接 答案 1 0 0070 638 2 如圖所示 解析 1 校零時的讀數(shù)為0 007mm合金絲的直徑 0 5 14 5 0 01 0 007 mm 0 638mm 2 見答案 2 2某同學測量阻值約為25k 的電阻rx 現(xiàn)備有下列器材 a 電流表 量程100 a 內(nèi)阻約2k b 電流表 量程500 a 內(nèi)阻約300 c 電壓表 量程15v 內(nèi)阻約100k d 電壓表 量程50v 內(nèi)阻約500k e 直流電源 20v 允許最大電流1a f 滑動變阻器 最大阻值1k 額定功率1w g 電鍵和導線若干 電流表應選 電壓表應選 填字母代號 該同學正確選擇儀器后連接了以下電路 為保證實驗順利進行 并使測量誤差盡量減小 實驗前請你檢查該電路 指出電路在接線上存在的問題 答案bc 電流表應采用內(nèi)接的方法 滑動變阻器應采用分壓式接法 解析最大電流imax a 800 a 故電流表應選b 電源電動勢20v 電壓表d的量程為50v 測量誤差過大 故應選c r0 k k rx 故電流表應采用內(nèi)接法 由于滑動變阻器最大阻值比被測電阻小很多 為了便于調(diào)節(jié)和保證電表的安全 滑動變阻器應采用分壓式接法 考點三數(shù)據(jù)處理和誤差分析典例3在 測定金屬的電阻率 實驗中 所用測量儀器均已校準 待測金屬絲接入電路部分的長度約為50cm 1 用螺旋測微器測量金屬絲的直徑 其中某一次測量結(jié)果如圖所示 其讀數(shù)應為mm 該值接近多次測量的平均值 2 用伏安法測金屬絲的電阻rx 實驗所用器材為 電池組 電動勢3v 內(nèi)阻約1 電流表 內(nèi)阻約0 1 電壓表 內(nèi)阻約3k 滑動變阻器r 0 20 額定電流2a 開關(guān) 導線若干 某小組同學利用以上器材正確連接好電路 進行實驗測量 記錄數(shù)據(jù)如下 由以上實驗數(shù)據(jù)可知 他們測量rx是采用圖中的圖 選填 甲 或 乙 3 圖是測量rx的實驗器材實物圖 圖中已連接了部分導線 滑動變阻器的滑片p置于變阻器的一端 請根據(jù) 2 所選的電路圖 補充完成圖中實物間的連線 并使閉合開關(guān)的瞬間 電壓表或電流表不至于被燒壞 4 這個小組的同學在坐標紙上建立u i坐標系 如圖所示 圖中已標出了與測量數(shù)據(jù)對應的4個坐標點 請在圖中標出第2 4 6次測量數(shù)據(jù)的坐標點 并描繪出u i圖線 由圖線得到金屬絲的阻值rx 保留兩位有效數(shù)字 5 根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以估算出金屬絲電阻率約為 填選項前的符號 a 1 10 2 mb 1 10 3 mc 1 10 6 md 1 10 8 m 6 任何實驗測量都存在誤差 本實驗所用測量儀器均已校準 下列關(guān)于誤差的說法中正確的選項是 有多個正確選項 a 用螺旋測微器測量金屬絲直徑時 由于讀數(shù)引起的誤差屬于系統(tǒng)誤差b 由于電流表和電壓表內(nèi)阻引起的誤差屬于偶然誤差c 若將電流表和電壓表的內(nèi)阻計算在內(nèi) 可以消除由測量儀表引起的系統(tǒng)誤差d 用u i圖像處理數(shù)據(jù)求金屬絲電阻可以減小偶然誤差答案 1 0 397 0 395 0 399均正確 2 甲 3 如圖 a 所示 4 如圖 b 所示 4 3 4 7 5 c 6 cd b a 解析 1 螺旋測微器的讀數(shù)原則為固定刻度 可動刻度 精度 0 39 7 0 01mm 0 397mm 2 由記錄數(shù)據(jù)知 若采用乙圖限流電路 則當u 0 10v i 0 020a時 滑動變阻器須串入的電阻約為145 大于滑動變阻器的最大阻值20 所以實驗中滑動變阻器r應采用分壓式連接 故他們采用甲圖電路 3 實物連接圖見答案 連線時要注意 電壓表的正 負接線柱不要接反 滑動變阻器中滑片p的位置應使最初rx兩端電壓為零 4 u i圖線見答案 求出圖線斜率即rx的阻值 5 r 則 r r 1 0 10 6 m 6 系統(tǒng)誤差是實驗原理 實驗方法不完善 測量工具不精密等因素造成的誤差 偶然誤差是人為 環(huán)境等偶然因素造成的誤差 故讀數(shù)引起的誤差屬偶然誤差 而電表的內(nèi)阻引起的誤差是系統(tǒng)誤差 a b選項錯誤 把電表內(nèi)阻計算在內(nèi) 完善了實驗方案 可消除這一因素引起的系統(tǒng)誤差 c選項正確 用多次測量求平均值的方法 可減小偶然誤差 d選項正確 3 1 2014浙江理綜 22 10分 小明對2b鉛筆芯的導電性能感興趣 于是用伏安法測量其電阻值 1 圖1是部分連接好的實物電路圖 請用電流表外接法完成接線并在圖1中畫出 2 小明用電流表內(nèi)接法和外接法分別測量了一段2b鉛筆芯的伏安特性 并將得到的電流 電壓數(shù)據(jù)描到u i圖上 如圖2所示 在圖中 由電流表外接法得到的數(shù)據(jù)點是用 填 或 表示的 圖1 3 請你選擇一組數(shù)據(jù)點 在圖2上用作圖法作圖 并求出這段鉛筆芯的電阻為 答案 1 如圖所示 圖2 2 3 見解析解析 1 由圖知電源采用了兩節(jié)干電池 則電壓表應選用3v量程 見答 案圖 2 在內(nèi)接法中由u i r ra 知其u i圖線的斜率k內(nèi) r ra r 在外接法中由其u i r即u i知其u i圖線的斜率k外 r 可見對應于外接法的圖線斜率較小 3 由u ir知u i圖線的斜率對應于r的測量值 選擇其中一組 或 連線 求出圖線的斜率即可 用 連線時r 1 1 1 3 用 連線時r 1 5 1 7 考點四實驗改進與創(chuàng)新典例4為了測量一微安表頭a的內(nèi)阻 某同學設計了如圖所示的電路 圖中 a0是標準電流表 r0和rn分別是滑動變阻器和電阻箱 s和s1分別是單刀雙擲開關(guān)和單刀開關(guān) e是電池 完成下列實驗步驟中的填空 1 將s撥向接點1 接通s1 調(diào)節(jié) 使待測表頭指針偏轉(zhuǎn)到適當位置 記下此時的讀數(shù)i 2 然后將s撥向接點2 調(diào)節(jié) 使 記下此時rn的讀數(shù) 3 多次重復上述過程 計算rn讀數(shù)的 此即為待測微安表頭內(nèi)阻的測量值 答案 1 r0標準電流表 或a0 2 rn標準電流表 或a0 的讀數(shù)仍為i 3 平均值解析本題方法為替代法 當s接1與接2時通過電路的電流i相同 可知待測表的內(nèi)阻與rn的電阻相同 電阻測量的五種方法1 伏安法 電路圖特點 大內(nèi)小外 內(nèi)接法測量值偏大 測大電阻時應用內(nèi)接法測量 2 安安法若電流表內(nèi)阻已知 則可將其當做電流表 電壓表以及定值電阻來使用 1 如圖1甲所示 當兩電流表所能測得的最大電壓接近時 如果已知的內(nèi)阻r1 則可測得的內(nèi)阻r2 2 如圖1乙所示 當兩電流表的滿偏電壓ua2 ua1時 串聯(lián)一定值電阻r0后 同樣可測得的電阻r2 圖1 3 伏伏法若電壓表內(nèi)阻已知 則可將其當做電流表 電壓表和定值電阻來使用 1 如圖2甲所示 兩電表的滿偏電流接近時 若已知的內(nèi)阻r1 則可測出的內(nèi)阻r2 r1 2 如圖2乙所示 兩電壓表的滿偏電流iv1 iv2時 并聯(lián)一定值電阻r0后 同樣可得的內(nèi)阻r2 圖2 4 比較法測電阻如圖3所示 讀得電阻箱r1的阻值及表 表的示數(shù)i1 i2 可得rx 如果考慮電表內(nèi)阻的影響 則i1 rx ra1 i2 r1 ra2 電路圖如圖4所示步驟 1 斷開s2 閉合s1 調(diào)節(jié)r0 使表滿偏為i0 2 保持r0不變 閉合s2 調(diào)節(jié)r 使表讀數(shù)為 5 半偏法測電流表內(nèi)阻 3 由上可得ra r 特別提醒 當r0 ra時 測量誤差小 此方法比較適合測小阻值的電流表的內(nèi)阻 且測量值偏小 電源電動勢應選大些的 這樣表滿偏時r0才足夠大 閉合s2時總電流變化才足夠小 誤差才小 4 1在 測定金屬的電阻率 的實驗中 需要用刻度尺測出被測金屬絲的長度l 用螺旋測微器測出金屬絲的直徑d 用電流表和電壓表測出金屬絲的電