实验测定金属的电阻率学案Word格式文档下载.docx
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按如图2所示的电路图连接实验电路.
图2
(3)量长度:
用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属导线的有效长度,反复测量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,断开开关S.
(5)拆除实验电路,整理好实验器材.
2.数据处理
(1)电阻R的值:
方法一,平均值法:
分别计算电阻值再求平均值;
方法二,图象法:
利用U-I图线的斜率求电阻.
(2)将测得的Rx、l、d的值,代入电阻率计算公式ρ=
中,计算出金属导线的电阻率.
3.实验注意事项
(1)为了方便,测量直径应在导线连入电路前进行,为了准确测量金属导线的长度,应该在连入电路之后在金属导线拉直的情况下进行.
(2)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;
(3)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.
(4)电流不宜过大(电流表用0~0.6A量程),通电时间不宜太长,以免电阻率因温度升高而变化.
一、仪器的选择和电路的设计
例1
在“测定金属的电阻率”的实验中,用螺旋测微器测出金属丝直径d,用米尺测出金属丝的长度L,金属丝的电阻大约为5Ω,先用伏安法测出金属丝的电阻R,然后根据电阻定律计算出该金属丝的电阻率.
为此取来两节新的干电池、电键和若干导线及下列器材:
A.电压表0~3V,内阻10kΩ
B.电压表0~15V,内阻50kΩ
C.电流表0~0.6A,内阻0.05Ω
D.电流表0~3A,内阻0.01Ω
E.滑动变阻器,0~10Ω
F.滑动变阻器,0~100Ω
(1)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________________.(填序号)
(2)实验中某同学的实物接线如图3所示,请指出该同学实物接线中的两处明显错误.
图3
错误1 _____________________________________________________________________.
错误2 ______________________________________________________________________.
解析
(1)电源是两节干电池,电动势是3V,选用3V量程的电压表A;
因为金属丝的电阻大约为5Ω,如果把3V的电动势全加在金属丝上,电流才是0.6A,因此用量程是0.6A的电流表C;
此题中金属丝的电阻大约为5Ω,为了减小实验误差,应选10Ω的滑动变阻器E.
答案
(1)A C E
(2)导线连接在滑动变阻器的滑片上 采用了电流表内接法
二、数据处理和实物图的连线
例2
如图4所示,某同学设计了一个测量金属丝电阻率的实验,将已知直径为d的待测金属丝固定在接线柱a、b上,在金属丝上安装一个小金属滑片c,连接好电路,电路中R0是保护电阻.已知电压表的内阻远大于金属丝的电阻,电压表的分流作用可以忽略不计.闭合开关后得电流表的读数为I0,电压表的读数为U0调节滑片c的位置,分别测出长度L及所对应的电压值U,然后作出U-L图象.如图乙所示.
图4
(1)在下图所示的A、B、C、D四个测量电路应选________电路.
(2)根据所选电路图在图甲中进行实物连线.
(3)测得图乙中图线的斜率为k,由此可得该金属丝的电阻率为________.
解析
(1)待测电阻是金属丝ac部分,
依题意应采用电流表外接法,故选A电路;
(3)由实验原理R=
=ρ
,S=π(
)2,
得ρ=
,又k=
,
故ρ=
k.
答案
(1)A
(2)实物连线如图所示 (3)
k
在“探究导体电阻与其影响因素的定量关系”的实验中,
(1)测量金属丝的直径时不再使用游标卡尺和螺旋测微器,而是采用刻度尺测量紧密绕制多匝的电阻丝长度,求得直径.某次测量结果如图5所示,则直径为______mm.
图5
(2)如图6所示是测量金属丝电阻的实验器材实物图,图中已连接了部分导线,滑动变阻器滑片P置于变阻器的一端.请根据图乙电路图,补充完整实物图的连线,并使开关闭合瞬间,电压表或电流表不至于被烧坏.
甲 乙
图6
(3)某同学利用正确的电路进行实验测量,数据如下:
次数
1
2
3
4
5
6
7
U/V
0.10
0.30
0.70
1.10
1.70
2.30
2.80
I/A
0.02
0.06
0.16
0.22
0.34
0.46
0.54
请根据表中数据,在坐标纸中作U-I图线,并由图线求出电阻值为________Ω.
答案
(1)1.8
(2)如图 (3)5.0
1.在“测定金属丝电阻率”的实验中,由ρ=
可知,对实验结果的准确性影响最大的是( )
A.金属丝直径d的测量
B.电压U的测量
C.电流I的测量
D.金属丝长度l的测量
答案 A
解析 四个选项中的四个物理量对金属丝的电阻率均有影响,但影响最大的是直径d,因为在计算式中取直径的平方.
2.在测金属丝的电阻率的实验中,下列说法中错误的是( )
A.用伏安法测电阻时,可采用电流表外接法
B.实验中应调节滑动变阻器,取得多组U和I的值,然后求出平均电阻
C.应选用毫米刻度尺测金属丝的长度三次,然后求出平均长度l
D.实验中电流不能太大,以免电阻率发生变化
答案 C
解析 测量的是接入电路中的金属丝的有效长度.故C错.
3.在测定阻值较小的金属的电阻率的实验中,为了减小实验误差,并要求在实验中获得较大的电压调节范围,在测量其电阻时应选择的电路是( )
答案 D
解析 金属阻值较小,在用伏安法测电阻时应该用电流表外接法,题干中要求实验中获得较大的电压调节范围,故滑动变阻器要采用分压式接法,D正确.
4.在“测定金属的电阻率”的实验中,需要测量金属丝的长度和直径.现用最小分度为1mm的米尺测量金属丝长度,图1中箭头所指位置是拉直的金属丝两端在米尺上相对应的位置,测得的金属丝长度为________mm.在测量金属丝直径时,如果受条件限制,身边只有米尺1把和圆柱形铅笔1枝.如何较准确地测量金属丝的直径?
请简述测量方法:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
答案 972.0 在铅笔上紧密排绕金属丝N匝,用米尺量出该N匝金属丝的宽度D,由此可以计算得出金属丝的平均直径为D/N
5.“探究导体电阻与导体长度、横截面积、材料的关系”的实验电路如图2所示,a、b、c、d是四种不同的金属丝.
现有四根镍铬合金丝和两根康铜合金丝,其规格如下表所示.
编号
材料
长度/m
横截面/mm2
A
镍铬合金
0.8
B
0.5
C
0.3
D
1.0
E
康铜合金
F
(1)电路中四种金属丝应选用上表中的________(用编号表示).
(2)某学生由实验数据分析归纳出:
电路图中四种金属丝的电阻R与长度L、横截面积S的关系可用比例式R∝
来表示.你认为是否正确,为什么?
(3)在交流合作时,有位同学提出用如图3所示的电路,只要将图中P端分别和1、2、3、4相接,读出电流,利用电流跟电阻成反比的关系,也能探究出导体电阻与其影响因素的定量关系,请你对其作出评价.
答案
(1)BCDE
(2)不正确,因为它们的材料不完全相同
(3)不能探究出.实验过程中无法保证每次金属丝两端的电压相等
解析
(1)本实验采用的是控制变量法,分别选用导体材料相同、横截面积相同时,导体的长度不同,B、C符合要求;
选用导体材料相同、长度相同时,导体的横截面积不同,C、D符合要求;
选用导体横截面积相同、长度相同时,导体的材料不同,C、E符合要求.故选B、C、D、E.
6.在做“测定金属的电阻率”的实验时,需要对金属丝的电阻进行测量,已知金属丝的电阻值Rx约为20Ω.一位同学用伏安法对这个电阻的阻值进行了比较精确的测量,这位同学想使被测电阻Rx两端的电压变化范围尽可能的大.他可选用的器材有:
电源E:
电动势为8V,内阻为1.0Ω;
电流表A:
量程0.6A,内阻约为0.50Ω;
电压表V:
最程10V,内阻约为10kΩ;
滑动变阻器R:
最大电阻值为5.0Ω;
开关一个,导线若干.
(1)根据上述条件,测量时电流表应采用________(选填“外接法”或“内接法”).
(2)在方框内画出实验电路图.
(3)若在上述实验中,电流表的示数为I,电压表的示数为U,且电流表内阻RA、电压表内阻RV均为已知量,用测量物理量和电表内阻计算金属丝电阻的表达式.
答案
(1)外接法
(2)见解析图 (3)Rx=
解析
(1)待测电阻约为20Ω,是电流表内阻的40倍,但电压表内阻是待测电阻的500倍,故采用外接法.
(2)因为要使Rx两端的电压变化范围尽可能的大,所以滑动变阻器要采用分压式接法,电路图如图所示.
(3)电压表分得的电流为IV=
,所以Rx中的电流为
Ix=I-IV=I-
,则Rx=
.
8.在“测定金属的电阻率”的实验中,待测金属导线的电阻Rx约为5Ω.实验室备有下列实验器材:
A.电压表V1(量程3V,内阻约为15kΩ)
B.电压表V2(量程15V,内阻约为75kΩ)
C.电流表A1(量程3A,内阻约为0.2Ω)
D.电流表A2(量程600mA,内阻约为1Ω)
E.变阻器R1(0~100Ω,0.3A)
F.变阻器R2(0~2000Ω,0.1A)
G.电池E(电动势为3V,内阻约为0.3Ω)
H.开关S,导线若干
(1)为提高实验精确度,减小实验误差,应选用的实验器材有____________.
(2)为减小实验误差,应选用图4甲中________(填“a”或“b”)为该实验的电路图,并按所选择的电路图把图乙中的实物图用导线连接起来.
(3)若用刻度尺测得金属导线长度为60.00cm,用螺旋测微器测得导线的直径为0.635mm,两电表的示数分别如图5所示,则电阻值为________Ω,电阻率为________.
答案
(1)ADEGH
(2)b 实物连接如图所示
(3)2.40 1.27×
10-6Ω·
m
解析
(1)由电池E决定了电压表选V1,结合Rx粗略计算电流最大为600mA,故选A2,由Rx确定变阻器选R1.
(2)因A2的内阻不能满足远小于Rx,故选b图.
(3)Rx=
Ω=2.40Ω
由Rx=ρ
Ω·
≈1.27×
10-6Ω·
m.
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- 实验 测定 金属 电阻率