高三人教版物理一轮教学案 73实验五 探究决定导线电阻的因素.docx
- 文档编号:23399976
- 上传时间:2023-05-16
- 格式:DOCX
- 页数:28
- 大小:338.69KB
高三人教版物理一轮教学案 73实验五 探究决定导线电阻的因素.docx
《高三人教版物理一轮教学案 73实验五 探究决定导线电阻的因素.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《高三人教版物理一轮教学案 73实验五 探究决定导线电阻的因素.docx(28页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
高三人教版物理一轮教学案73实验五探究决定导线电阻的因素
第3讲 实验五 探究决定导线电阻的因素
一、螺旋测微器
1.构造:
如图7-3-1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.
图7-3-1
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.读数时误差出现在毫米的千分位上,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).
温馨提示
螺旋测微器需要估读
图7-3-2
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.
例如 如图7-3-2所示,固定刻度示数为2.0mm,不足半毫米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.
二、游标卡尺
1.构造:
如图7-3-3所示,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.
图7-3-3
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个的、20个的、50个的,其读数见下表:
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)
10
9mm
0.1mm
0.1mm
20
19mm
0.05mm
0.05mm
50
49mm
0.02mm
0.02mm
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与主尺上某一刻线对齐的游标的格数,则记录结果表达为(x+K×精确度)mm.
温馨提示
游标卡尺的读数应注意以下几点:
(1)看清精确度
例如图7-3-4所示.
图7-3-4
易错读成11+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.
例如图7-3-5所示
图7-3-5
易错读成10+12×0.05mm=10.6mm,正确的应为10.60mm.
(2)区分零刻度与标尺最前端
例如图7-3-6所示
图7-3-6
易错读成13+10×0.05mm=13.50mm
正确读数为14+10×0.05mm=14.50mm
三、常用电表的读数
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值,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的电流表读数方法相同,此量程下的精确度是0.1V或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0.6A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、伏安法测电阻
电流表、电压表的应用
电流表内接法
电流表外接法
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+RA>Rx测量值大于真实值
R测=
=
<Rx测量值小于真实值
适用条件
RA≪Rx
RV≫Rx
口诀
大内偏大(大电阻用内接法测量,测量值偏大)
小外偏小(小电阻用外接法测量,测量值偏小)
伏安法测电阻的电路选择
1.阻值比较法:
先将待测电阻的估计值与电压表、电流表的内阻进行比较,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.
2.临界值计算法:
>
时,用电流表外接法.
>
时,用电流表内接法.
图7-3-7
3.实验试探法:
按图7-3-7接好电路,让电压表接线柱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.
五、探究决定导线电阻的因素
注意事项
1.先测直径,再连电路:
为了方便,测量直径时应在金属丝连入电路之前测量;
2.电流表外接法:
本实验中被测金属丝的阻值较小,故采用电流表外接法;
3.电流控制:
电流不宜过大,通电时间不宜过长,以免金属丝温度过高,导致电阻率在实验过程中变大.
误差分析
热点一 考查读数问题
【典例1】
(1)如图7-3-8所示的两把游标卡尺,它们的游标尺自左至右分别为9mm长10等分、19mm长20等分,它们的读数依次为________mm,________mm.
(2)使用螺旋测微器测量两个金属丝的直径,示数如图7-3-9所示,则a、b金属丝的直径分别为________mm,________mm.
图7-3-8
图7-3-9
图7-3-10
(3)①图7-3-10甲用0.6A量程时,对应刻度盘上每一小格代表________A,表针的示数是________A;当使用3A量程时,对应刻度盘上每一小格代表________A,图中表针示数为________A.
②图7-3-10乙使用较小量程时,每小格表示________V,图中指针的示数为________V.若使用的是较大量程,则这时表盘刻度每小格表示________V,图中表针指示的是________V.
图7-3-11
(4)旋钮式电阻箱如图7-3-11所示,电流从接线柱A流入,从B流出,则接入电路的电阻为________Ω.今欲将接入电路的电阻改为2087Ω,最简单的操作方法是________.若用两个这样的电阻箱,则可得到的电阻值范围为________.
解析
(1)最上面图读数:
整毫米是17,不足1毫米数是7×0.1mm=0.7mm,最后结果是17mm+0.7mm=17.7mm.
上面右图读数:
整毫米是23,不足1毫米数是17×0.05mm=0.85mm,最后结果是23mm+0.85mm=23.85mm.
(2)对图a:
固定刻度示数为2.0mm,不足半毫米的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.
对图b:
b金属丝的直径为4.8×0.01mm=0.048mm.
(3)①使用0.6A量程时,刻度盘上的每一小格为0.02A,指针的示数为0.44A;当换用3A量程时,每一小格为0.1A,指针示数为2.20A.
②电压表使用3V量程时,每小格表示0.1V,指针示数为1.70V;使用15V量程时,每小格为0.5V,指针示数为8.5V.
(4)电阻为1987Ω.最简单的操作方法是将“×1k”旋钮调到2,再将“×100”旋钮调到0.每个电阻箱的最大阻值是9999Ω,用这样两个电阻箱串联可得到的最大电阻2×9999Ω=19998Ω.故两个这样的电阻箱,则可得到的电阻值范围为0~19998Ω.
答案
(1)17.7 23.85
(2)2.150 0.048 (3)①0.02
0.44 0.1 2.20 ②0.1 1.70 0.5 8.5 (4)1987 将“×1k”旋钮调到2,再将“×100”旋钮调到0 0~19998Ω
【变式跟踪1】完成下列读数
(1)电流表量程一般有两种——0~0.6A,0~3A;电压表量程一般有两种——0~3V,0~15V.如图7-3-12所示:
图7-3-12
①接0~3V量程时读数为________V.
②接0~15V量程时读数为________V.
③接0~3A量程时读数为________A.
④接0~0.6A量程时读数为________A.
(2)
a.________mm b.________mm c.________mm
d.________mm e.________mm.
答案
(1)①1.88 ②9.4 ③0.82 ④0.16
(2)a.0.484 b.0.532 c.4.078 d.5.666 e.11.14
热点二 伏安法测电阻(或电阻率)
【典例2】(2012·北京卷,21)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7-3-13所示,其读数应为________mm(该值接近多次测量的平均值).
图7-3-13
(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7-3-14中的________图(选填“甲”或“乙”).
图7-3-14
(3)图7-3-15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7-3-15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7-3-15
(4)这个小组的同学在坐标纸上建立U、I坐标系,如图7-3-16所示,图中已标出了与测量数据对应的4个坐标点.请在图7-3-16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).
图7-3-16
(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.1×10-2Ω·mB.1×10-3Ω·m
C.1×10-6Ω·mD.1×10-8Ω·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选项是________(有多个正确选项).
A.用螺旋测微器测量金属丝直径时,由于读数引起的误差属于系统误差
B.由于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
解析
(1)螺旋测微器的读数为0mm+39.8×0.01mm=0.398mm.
(2)由实验记录的数据可知Rx的阻值大约为5Ω.由题知Rx≪RV,故电流表
外接.若滑动变阻器接为限流的形式,则Rx两端的电压最小值Umin=
V≈0.6V,而从实验数据可知Rx两端电压可为0.10V,因此滑动变阻器应采用分压的形式.
(3)如图甲所示.
图甲
(4)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,如图乙所示.
图乙
图线的斜率反映了金属丝的电阻,因此金属丝的电阻值Rx=4.4Ω.
(5)根据R=ρ
得金属丝的电阻率ρ=
=
=
Ω·m≈1.09×10-6Ω·m,故选项C正确,选项A、B、D错误.
(6)由于读数引起的误差属于偶然误差,选项A错误;由于电流表、电压表内阻引起的误差为系统误差,若将电流表和电压表的内阻计算在内,则可以消除系统误差,选项B错误、选项C正确;利用UI图象处理数据,相当于多次测量取平均值,可以减小偶然误差,选项D正确.
答案
(1)0.398(0.395~0.399均正确)
(2)甲 (3)如解析图甲所示 (4)如解析图乙所示 4.4(4.3~4.7均正确) (5)C (6)CD
1.仪器选择的基本思路
(1)优先考虑安全因素:
各电表的实际读数不能超过其量程,电阻类元件中的实际电流(或电压)不能超过其允许的最大电流(或电压)
(2)考虑读数误差因素:
一般要求各电表的实际读数不小于其量程的
,以减小读数误差.
(3)仪器选择的一般步骤:
①首先选择唯一性的器材;
②粗画电路图(暂不接电流表和电压表);
③估算回路中电流和电压的最大值,在电表的指针有较大幅度的偏转但不超过其量程的情况下,结合已知器材的规格,确定实验电路和实验器材.
2.控制电路的选择
(1)滑动变阻器两种接法的对比
方式
内容
限流接法
分压接法
两种接法电路图
负载R上电压调节范围
≤U≤E
0≤U≤E
负载R上电流调节范围
≤I≤
0≤I≤
闭合S前触头位置
b端
a端
(2)分压和限流电路的选择原则
在下列情况下应选用分压式接法:
①待测电阻的阻值远大于滑动变阻器的最大阻值.
②题中要求待测电阻上电压变化范围大,且要求从零开始连续调节.
③若选用限流式接法,电路中的最小电流仍超过用电器的额定电流.
【变式跟踪2】某同学想利用所学知识测量某种圆柱形材料的电阻率,实验要求必须精确测出该段材料的阻值.除了导线和开关外,实验室还备有以下器材可供选用:
电流表A1,量程1A,内阻r1约0.5Ω
电流表A2,量程30mA,内阻r2约200Ω
电压表V1,量程6V,内阻RV1等于20kΩ
电压表V2,量程10V,内阻RV2约30kΩ
滑动变阻器R1,0~20Ω,额定电流2A
滑动变阻器R2,0~2000Ω,额定电流1mA
电源E(电动势为12V,内阻r约2Ω)
(1)请选择合适的器材,设计出便于精确测量的电路图画在虚线框中,其中滑动变阻器应选________.
(2)若选用其中一组电表的数据,设该段圆柱形材料的长为L,直径为d,由以上实验得出这种材料电阻率的表达式为________________,式中符号的含义为__________.
解析
(1)由于V1的阻值已知,可当电流表使用,故可以采用将待测材料与V1串联再与V2并联,由于滑动变阻器阻值远小于待测电阻的阻值,故滑动变阻器应采用分压式接法,为调节方便选用小阻值的R1,电路图如图所示.
(2)由电路图知,Rx=
,IV1=
,又Rx=ρ
,联立得ρ=
,式中U1表示电压表V1的示数,U2表示电压表V2的示数.
答案
(1)电路图见解析图 R1
(2)ρ=
U1表示电压表V1的示数,U2表示电压表V2的示数
热点三 “替代法”测电阻
【典例3】(2011·课标全国卷,22)
图7-3-17
为了测量一微安表头A的内阻,某同学设计了如图7-3-17所示的电路.图中A0是标准电流表,R0和RN分别是滑动变阻器和电阻箱,S和S1分别是单刀双掷开关和单刀单掷开关,E是电池.完成下列实验步骤中的填空:
(1)将S拨向接点1,接通S1,调节________,使待测表头指针偏转到适当位置,记下此时________的读数I;
(2)然后将S拨向接点2,调节________,使________,记下此时RN的读数;
(3)多次重复上述过程,计算RN读数的________,此即为待测微安表头内阻的测量值.
解析 本题为用替代法测未知电流表的内阻,其实验步骤为:
(1)将S拨向接点1,接通S1,调节R0,使待测表头指针偏转到适当位置,记下此时标准电流表(或A0)的读数I;
(2)然后将S拨向接点2,调节RN,使标准电流表(或A0)的读数仍为I,记下此时RN的读数;(3)多次重复上述过程,计算RN读数的平均值,此即为待测微安表头内阻的测量值.
答案
(1)R0 标准电流表(或A0)
(2)RN 标准电流表(或A0)的读数仍为I (3)平均值
【变式跟踪3】科学实验是人们认识自然的重要手段.电学实验中经常需要测量某负载的电阻.
(1)测电阻的方法有多种,现在有一只标有“220V,100W”的灯泡,它正常工作时的电阻为________Ω.若用多用电表的欧姆挡来测量这只灯泡的电阻,则测出的电阻应________灯泡正常工作时的电阻(填“大于”、“等于”或“小于”).这是因为____________________________.
(2)请你用下列器材设计一个实验,测定灯泡正常工作时的电阻.
A.220V交流电源
B.单刀双掷开关一个
C.电阻箱一个(0~999Ω,额定电流1A)
D.交流电流表一个(0~0.6A)
E.导线若干
请画出电路原理图.
解析
(1)根据灯泡的铭牌“220V,100W”得灯泡电阻R=
=
Ω=484Ω,因灯泡电阻随温度变化而变化,温度越高,电阻越大,用多用电表在常温下测量电阻,测出的灯泡电阻一定比灯泡正常工作时的电阻小.
(2)当灯泡正常发光时,其额定电流为I=
=
A=
A,首先让灯泡与电流表串联,灯泡正常发光后,记下电流表指针的位置;然后让电阻箱与电流表串联,调节电阻箱的阻值,直到电流表的读数与上次标记的位置相同,此时电阻箱所显示的阻值就是灯泡正常工作时的阻值,电路原理图如图所示.
答案
(1)484 小于 灯泡电阻随温度变化而变化,温度越高电阻越大
(2)见解析
电表内阻的测量
【典例4】某同学要测电压表
的内阻RV,测量的电路如图7-3-18a所示,供选择的器材如下:
图7-3-18
①待测电压表
(0~3V,内阻约3kΩ);
②电压表
(0~6V,内阻约6kΩ);
③定值电阻R1=3kΩ;
④定值电阻R2=30Ω;
⑤滑动变阻器R3(0~1kΩ,1A);
⑥滑动变阻器R4(0~10Ω,2A);
⑦电源3.0V,内阻不计;
⑧开关一个,导线若干.
根据上述条件,请你完成下面的实验.
(1)定值电阻应选________;滑动变阻器应选________.
(2)根据电路图a,在图b中用实线把实物连成电路;
图7-3-19
(3)实验过程中的测量步骤为:
移动滑动变阻器触头到某一位置,记录
、
的读数U1、U2;不断改变滑动变阻器触头的位置,得到一组U1、U2的值,分别以U1、U2为坐标轴建立坐标系,作出相应图线(如图7-3-19所示),测得该图线的斜率为k.根据图线的斜率k和选定的定值电阻,写出待测电压表
内阻的表达式为RV=________.
解析
(1)定值电阻应选R1,滑动变阻器应选R4,若选用大电阻的滑动变阻器,就会出现在移动滑动触头的时候,刚开始电压表上的电压几乎不变,到了某个位置后又突然增大的现象,不易操作.
(2)根据电路图a,在图b中用实线把实物连成电路,如答案图所示.(3)待测电压表
内阻的表达式为RV=
.
答案
(1)R1 R4
(2)如图所示 (3)
预测高考命题视角
通过对近几年的高考实验试题的研究发现,高考电学实验试题有三个显著的特点:
第一,基于教材中的电学实验,着重考查实验原理的改进、实验步骤、误差分析;第二,重视电学的实验方法,问题设置结合科技、生产、生活的实际;第三,基本仪器的使用是考查的热点,实验的器材选择、实际操作是考查的重点,设计型实验是考查的难点,实验的基本原理和思想方法是考查的核心.
视角1 基本仪器的使用及读数(如螺旋测微器、游标卡尺、电压表、电流表及多用电表的读数)
视角2 实验仪器的选择、测量电路、控制电路的选择
视角3 完善基本操作过程
视角4 根据题目给出的实验器材,对实验原理改进,设计新的实验方案
1.(2012·课标全国卷,22)某同学利用螺旋测微器测量一金属板的厚度.该螺旋测微器校零时的示数如图7-3-20(a)所示,测量金属板厚度时的示数如图(b)所示.图(a)所示读数为________mm,图(b)所示读数为________mm,所测金属板的厚度为________mm.
图7-3-20
解析 依据螺旋测微器读数的基本原理,0.5毫米以上的值在主尺上读出,而在螺旋尺上要估读到千分之一毫米,则图(a)读数为0.010mm,图(b)读数为6.870mm,故金属板的厚度d=6.870mm-0.010mm=6.860mm.
答案 0.010(0.009或0.011也对) 6.870(6.869或6.871也对) 6.860(6.858~6.862)
2.如图7-3-21所示为某次实验中两电表的示数情况,则:
图7-3-21
电流表A的示数为________A,电压表V的示数为________V.
解析 电流表选择0~3A的量程,刻度盘中有三个大格,则每一大格为1A,每一大格又分为10小格,则每一小格表示0.1A,故指针所指的示数为1.50A.电压表选择0~15V的量程,刻度盘中有三个大格,则第一大格为5V,每一大格又分为10小格,则每一小格表示0.5V,故指针所指的示数为7.5V.
答案 1.50 7.5
3.(2012·山东卷,21
(2))在测量金属丝电阻率的实验中,可供选用的器材如下:
待测金属丝:
Rx(阻值约4Ω,额定电流约0.5A);
电压表:
V(量程3V,内阻约3kΩ)
电流表:
A1(量程0.6A,内阻约0.2Ω);
A2(量程3A,内阻约0.05Ω);
电源:
E1(电动势3V,内阻不计);
E2(电动势12V,内阻不计);
滑动变阻器:
R(最大阻值约20Ω);
图7-3-22
螺旋测微器;毫米刻度尺;开关S;导线.
(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径,示数如图7-3-22所示,读数为______mm.
(2)若滑动变阻器采用限流接法,为使测量尽量精确,电流表应选________,电源应选________(均填器材代号),在虚线框内完成电路原理图.
解析
(1)螺旋测微器的读数为1.5mm+27.3×0.01mm=1.773mm.
(2)在用伏安法测电阻的实验,为使测量尽量精确,则电流表、电压表指针需达到半偏以上,又因待测电阻丝的额定电流为0.5A,所以电流表选A1,电源选E1即可.电路原理图如图所示.
答案
(1)1.773(1.771~1.775均正确)
(2)A1 E1 电路图如解析图
4.(2012·广东卷,34
(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7-3-23(a)和(b)所示,长度为________cm,直径为________mm.
图7-3-23
(2)按图7-3-23(c)连接电路后,实验操作如下.
(a)将滑动变阻器R1的阻值置于
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 高三人教版物理一轮教学案 73实验五 探究决定导线电阻的因素 三人 物理 一轮 教学 73 实验 探究 决定 导线 电阻 因素