届高考物理第一轮知识点梳理复习教案24 专题十二 实验与探究 实验七 测定金属的电阻率解析Word格式文档下载.docx
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(4)U、I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。
(5)拆除实验线路,整理好实验器材。
6.数据处理
(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。
②用UI图线的斜率求出。
(2)计算电阻率:
将记录的数据U、I、l、d的值代入电阻率计算式ρ=Rx=。
重难点
一、精密测量工具的使用
1.螺旋测微器
(1)构造:
如图所示,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。
(2)原理:
测微螺杆F与固定刻度B之间的精密螺纹的螺距为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(mm)=固定刻度数(mm)(注意半毫米刻度线是否露出)+可动刻度数(估读一位)×
0.01(mm)
如图所示,固定刻度示数为2.0mm,不足半毫米而从可动刻度上读的示数为15.0,最后的读数为:
2.0mm+15.0×
0.01mm=2.150mm。
特别提醒
螺旋测微器需要估读,最后一位数字为估计数字,读数和记数时估计位为有效数字的最后一位。
2.游标卡尺
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(如图所示)。
(2)用途:
测量厚度、长度、深度、内径、外径。
(3)原理:
利用主尺的最小分度与游标尺的最小分度的差值制成。
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格的、20格的、50格的,其读数见下表:
(4)读数:
若用x表示从主尺上读出的整毫米数,K表示从游标尺上读出与主尺上某一刻线对齐的游标的格数,则记录结果表示为(x+K×
精确度)mm。
需要注意的是,不管是哪种卡尺,K值均不需要向后估读一位。
(5)如图所示,有一游标卡尺,主尺的最小分度是1mm,游标上有20个小的等分刻度。
用它测量一工件的长度,图示的读数为104mm+0.05×
0mm=104.00mm。
游标卡尺读数不需要估读,其测量结果的末位数字应为精确度的整数倍。
如20分度的结果末位数只能是5或0。
二、伏安法测电阻、电表连接方式的选择
1.电流表的内接法和外接法的比较
2.两种电路的选择
(1)阻值比较法
若Rx≪RV,宜采用电流表外接法;
若Rx≫RA,宜采用电流表内接法。
(2)临界值计算法
Rx<时,用电流表外接法;
Rx>
时,用电流表内接法。
(3)实验试探法:
按如图所示接好电路,让电压表一个接线柱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,则可采用电流表内接法。
三、常用电表的读数原则
对于电压表和电流表的读数问题,首先要弄清电表量程,即指针指到最大刻度时电表允许通过的最大电压或电流,然后根据表盘总的刻度数确定精确度,按照指针的实际位置进行读数即可。
(1)0~3V的电压表和0~3A的电流表的读数方法相同,此量程下的精确度分别是0.1V和0.1A,看清楚指针的实际位置,读到小数点后面两位。
(2)对于0~15V量程的电压表,精确度是0.5V,在读数时只要求读到小数点后面一位,即读到0.1V。
(3)对于0~0.6A量程的电流表,精确度是0.02A,在读数时只要求读到小数点后面两位,这时要求“半格估读”,即读到最小刻度的一半0.01A。
四、误差分析
1.系统误差
(1)采用伏安法测量金属丝的电阻时,由于采用的电流表外接法,测量值小于真实值,使电阻率的测量值偏小。
(2)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。
2.偶然误差
(1)金属丝的横截面积是利用直径计算而得的,直径的测量是产生误差的主要来源之一。
(2)金属丝的长度测量、电流表和电压表的读数等均会带来偶然误差。
五、注意事项
1.螺旋测微器的使用
(1)测量前必须校对零点。
(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′,当听到“咔、咔……”声后,停止转动,以避免P和被测物体间产生过大的压力。
(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。
2.测定金属的电阻率
(1)测量被测金属导线的有效长度,亦即电压表两端点间的待测导线长度,测量时应将导线拉直,反复测量三次,求其平均值。
(2)本实验中被测金属导线的电阻值较小,因此实验电路一般采用电流表外接法。
(3)实验连线时,应先从电源的正极出发,依次将开关、电流表、待测金属丝、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。
(4)电流不宜太大(电流表用0~0.6A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)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。
六、实验改进
在本实验中,由于电表内阻的影响,使金属丝电阻的测量值偏小,可以改进实验电路,消除由于电表内阻的影响而带来的实验误差。
1.等效替换法
如图所示电路,R为电阻箱,Rx为待测电阻,通过调节电阻箱R,使单刀双掷开关S分别接1和2时,电流表的示数相同,则有Rx=R,即可测出Rx。
2.附加电阻法
如图所示电路,R1为一阻值较大的定值电阻,Rx为待测电阻。
(1)断开开关S2,闭合开关S1,调节变阻器R,使电流表、电压表都有一个适当读数,记下两表读数I1、U1。
(2)保持变阻器R不变,再闭合S2,记下两表的读数I2、U2。
(3)待测电阻Rx=-。
[考法综述] 本实验为高考热点实验之一,因为涉及到了测量工具刻度尺(毫米)、螺旋测微器的使用,以及伏安法测电阻、滑动变阻器限流式接法等,所以较为热门。
但应注意这些技法在其他创新实验中的组合应用。
复习本实验时应以掌握基础为原则,应掌握:
2种工具——螺旋测微器、游标卡尺
2种方法——内接法、外接法
1个原则——常用电表的读数原则
命题法1 两种测量工具的使用
典例1 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图乙所示,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________处(填“大”或“小”);
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________(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1280Ω。
(3)由此可知,圆柱体的电阻为________Ω。
[答案]
(1)5.01 5.315
(2)①大 ②大
(3)1280
[解析]
(1)长度为(50mm+1×
0.1mm)=50.1mm=5.01cm;
直径为(5.0mm+31.5×
0.01mm)=5.315mm。
(2)本实验的实验原理为等效替代法,在实验操作过程中,为了保证安全,要求电路接通时电路中的电流尽可能小,即应使可调电阻的阻值最大。
【解题法】 游标卡尺的读数技巧
游标卡尺的读数方法:
“三看”
(1)第一看→精确度
例如(如图1所示)
图1
易错读成11mm+4×
0.1mm=11.40mm正确的应为11.4mm,游标卡尺不需估读,后面不能随意加零,也不能随意去零。
例如(如图2所示)
图2
易错读成10mm+12×
0.05mm=10.6mm,正确的应为10.60mm。
(2)第二看→游标尺上的0刻度线位置,区分零刻度与标尺最前端
例如(如图3所示)
图3
易错读成11mm+10×
0.05mm=11.50mm
正确读数为14mm+10×
0.05mm=14.50mm
(3)第三看→游标尺的哪条(第N条)刻度线与主尺上的刻度线对齐,主尺上的单位为厘米,主尺上标识的1、2、3等数字通常是指厘米,读数时应将毫米和厘米分清,游标卡尺主尺上的最小刻度是1mm。
例如(如图4所示)
图4
易错成(5+4×
0.05)mm=5.20mm
正确读数为(50+4×
0.05)mm=50.20mm
命题法2 实验原理、方法与技能
典例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50cm。
(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1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3V,内阻约1Ω)、电流表(内阻约0.1Ω)、电压表(内阻约3kΩ)、滑动变阻器R(0~20Ω,额定电流2A)、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
1
2
3
4
5
6
7
U/V
0.10
0.30
0.70
1.00
1.50
1.70
2.30
I/A
0.020
0.060
0.160
0.220
0.340
0.460
0.520
由以上实验数据可知,他们测量RX是采用图2中的________图(选填“甲”或“乙”)。
(3)图3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3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。
(4)这个小组的同学在坐标纸上建立UI坐标系,如图4所示,图中已标出了与测量数据对应的4个坐标点。
请在图4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=________Ω(保留两位有效数字)
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