高考物理一轮总复习 第二章 第30讲 实验探究 决定导线电阻的因素教案 新人教版选修31.docx
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高考物理一轮总复习第二章第30讲实验探究决定导线电阻的因素教案新人教版选修31
第30讲 实验、探究:
决定导线电阻的因素
考情剖析
(注:
①考纲要求及变化中Ⅰ代表了解和认识,Ⅱ代表理解和应用;②命题难度中的A代表容易,B代表中等,C代表难)
考查内容
考纲要求
及变化
考查年份
考查形式
考查详情
考试层级
命题难度
决定导线电阻的因素(实验、探究)
Ⅱ
09
实验
考查游标卡尺读数、伏安法测电阻、电流表接法的选取以及利用电阻定律进行数据处理
次重点
B
小结及
预测
1.小结:
本讲的实验在近四年的高考中,仅在09年考查过,侧重考查游标卡尺读数、伏安法测电阻、电流表接法的选取以及利用电阻定律进行数据处理,本实验在考纲要求中为掌握能级.
2.预测:
预测14年考查本实验的可能性较大.
3.复习建议:
建议复习时掌握螺旋测微器和游标卡尺的原理及读数方法,掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法及电流表和电压表的读数方法,会用伏安法测电阻,并能测定金属的电阻率.
知识整合
一、实验目的:
探究导体电阻与其他因素的定量关系
二、实验方法:
理论探究和实验探究
三、理论探究
1.分析导体电阻与它的长度的关系
一条长度为l、电阻为R的导体,可以看成是由n段长度同为l1、电阻同为R1的导体串联而成的,这n段导体的材料、横截面积都相同.总长度l与每段长度l1的关系为
=n
另一方面,由串联电路的性质可知,R=nR1,即
=n
对比两式,可知
=
结论:
________________________________________________________________________.
2.研究导体电阻与它的横截面积的关系
有n条导体,它们的长度相同、材料相同、横截面积相同.横截面积同为S1、电阻同为R1.把它们紧紧地束在一起,组成一根横截面积为S、电阻为R的导体.
由并联电路的性质可知,R=
,即
=n 同时
=n
所以
=
结论:
________________________________________________________________________.
四、实验探究
实验一:
通过实验在长度、横截面积、材料三个因素中,保持__________因素不变,比较第三个因素的影响;然后研究另外两个因素的影响.
如图,a、b、c、d是四条不同的金属导体.在长度、横截面积、材料三个因素方面;b、c、d跟a相比,分别只有一个因素不同:
b与a长度不同;c与a横截面积不同;d与a材料不同.
定量探究影响导体电阻大小的因素
图中四段导体是串联的,每段导体两端的电压与它们的电阻成正比,因此,用电压表分别测量a、b、c、d两端的电压,就能知道它们的电阻之比.比较a、b的电阻之比与它们的长度之比;比较a、c的电阻之比与它们的横截面积之比;比较a、d的电阻是否相等.这样就可以得出长度、横截面积、材料这三个因素与电阻的关系.
改变滑动变阻器滑片的位置,可以获得多组实验数据以得到更可靠的结论.这个实验利用__________的方法得到的是电阻与导线长度、横截面积的比例关系,实验中不必测量电阻大小的数值.
结论:
________________________________________________________________________.
实验二:
探究导体电阻与材料的关系
选择至少两种不同材料的导体(例如镍铬合金丝和康铜丝),测出它们的长度、横截面积和电阻,利用实验一的等式结论分别计算出等式中的比例系数.这个比例系数叫做________________________________________________________________________.
一、实验中需注意事项
1.本实验中被测金属导线的电阻值较小,为了减小实验的系统误差,必须采用电流表外接法;
2.实验连线时,应先从电源的正极出发,依次将电源、开关、电流表、待测金属丝、滑动变阻器连成主干线路(闭合电路),然后再把电压表并联在待测金属丝的两端;
3.测量被测金属导线的有效长度,是指测量待测导线接入电路的两个端点之间的长度,即电压表两并入点间的部分待测导线长度,测量时应将导线拉直;
4.闭合开关S之前,一定要使滑动变阻器的滑动片处在有效电阻值最大的位置;
5.在用伏安法测电阻时,通过待测导线的电流I的值不宜过大(电流表用0~0.6A量程),通电时间不宜过长,以免金属导线的温度过高,造成其电阻率在实验过程中增大;
6.求R的平均值可用两种方法:
第一种是算出各次的测量值,再取平均值,第二种是用图象U-I的斜率来求出.若采用图象法,在描点时,要尽量使点间的距离拉大一些,连线时要让各点均匀分布在直线两侧,个别明显偏离较远的点可以不予考虑;
7.连接实物图时,所连的导线不要交叉,且要接到接线柱上;
8.电流表与电压表的读数,注意有效数字的位数.
二、误差分析——误差来源
1.直径的测量;
2.长度的测量;
3.测量电路中电流表及电压表对电阻测量的影响;
4.通电电流的大小不同,通电时间的长短不同,致使电阻丝发热而温度不同,电阻率随之变化.
由于本实验采用电流表外接法,所以R测<R真,由ρ=
,可知ρ测<ρ真.
三、实验改进
替代法测电阻
1.实验器材
待测电阻、电阻箱、电流表、单刀双掷开关、电池、导线若干
2.实验原理
用电阻箱替代待测电阻,按如图连接好电路,调节电阻箱,使两次电流相等,则电阻箱的阻值就等于待测电阻的阻值
3.误差分析
这样测出的阻值与电表的阻值无关,而取决于两次电流表的读数的准确性,避免了因电表的内阻产生的系统误差,操用步骤也很简捷
【典型例题1】图中,甲图为一段粗细均匀的新型导电材料棒,现测量该材料的电阻率.
(1)首先用多用电表的欧姆挡(倍率为×10)粗测其电阻,指针位置如图乙所示,其读数R=________.
(2)然后用以下器材用伏安法尽可能精确地测量其电阻
A.电流表:
量程为0.6A,内阻约为0.1Ω
B.电压表:
量程为3V,内阻约为3kΩ
C.滑动变阻器:
最大阻值为20Ω,额定电流为1A
D.低压直流电源:
电压为6V,内阻忽略
F.开关K,导线若干
在方框中画出实验电路图.
(3)如果实验中电流表示数为I,电压表示数为U,并测出该棒的长度为L、直径为d,则该材料的电阻率ρ=________(用测出的物理量的符号表示).
温馨提示
解此题时,要明确欧姆表的量程及电阻的决定式,然后选出正确选项.
记录空间
【变式训练1】 某同学测量阻值约为25kΩ的电阻Rx,现备有下列器材:
A.电流表(量程100μA,内阻约2kΩ);
B.电流表(量程500μA,内阻约300Ω);
C.电压表(量程15V,内阻约100kΩ);
D.电压表(量程50V,内阻约500kΩ);
E.直流电源(20V,允许最大电流1A);
F.滑动变阻器(最大阻值1kΩ,额定功率1W);
G.电键和导线若干.
电流表应选________,电压表应选________.(填字母代号)
该同学正确选择仪器后连接了以下电路,为保证实验顺利进行,并使测量误差尽量减小,实验前请你检查该电路,指出电路在接线上存在的问题:
(1)________________________________________________________________________;
(2)________________________________________________________________________.
随堂演练
1.(12年贵州模拟)某同学在测量一均匀新材料制成的圆柱体的电阻率ρ时.
甲
乙
第1题图
(1)用游标为20分度的卡尺测量其长度如图甲,由图可知其长度为__________cm;
(2)用螺旋测微器测量其直径如图乙,由图可知其直径为__________mm.
2.有一根圆台状匀质合金棒如图甲所示,某同学猜测其电阻的大小与该合金棒的电阻率ρ、长度L和两底面直径d、D有关.他进行了如下实验:
第2题图
(1)用游标卡尺测量合金棒的两底面直径d、D和长度L.图乙中游标卡尺(游标尺上有20个等分刻度)的读数L=________cm.
(2)测量该合金棒电阻的实物电路如图丙所示(相关器材的参数已在图中标出).该合金棒的电阻约为几个欧姆.图中有一处连接不当的导线是________.(用标注在导线旁的数字表示)
(3)改正电路后,通过实验测得合金棒的电阻R=6.72Ω.根据电阻定律计算电阻率为ρ、长为L、直径分别为d和D的圆柱状合金棒的电阻分别为Rd=13.3Ω、RD=3.38Ω.他发现:
在误差允许范围内,电阻R满足R2=Rd·RD,由此推断该圆台状合金棒的电阻R=________.(用ρ、L、d、D表示)
3.在“测定金属的电阻率”的实验中,所用金属丝的电阻约为5Ω.用米尺测出金属丝的长度L,用螺旋测微器测量金属丝直径d,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材料的电阻率.实验室备有两节干电池、电键、导线若干及下列器材:
A.电压表V(0~3V,内阻约为10kΩ)
B.电流表A1(0~0.6A,内阻约为0.5Ω)
C.电流表A2(0~3A,内阻约为0.1Ω)
D.滑动变阻器R1(0~20Ω,1A)
E.滑动变阻器R2(0~1000Ω,0.2A)
(1)某同学进行电阻测量时,为提高测量的精度,电流表应选____________,滑动变阻器应选____________.(填器材前对应的序号)
(2)该同学实验时实物接线如图所示,请指出接线中的两处错误;错误1:
__________;错误2:
__________(用接线序号表示).
第3题图
4.某实验小组利用实验室提供的器材探究一种金属丝的电阻率.所用的器材包括:
输出为3V的直流稳压电源、电流表、待测金属丝、螺旋测微器(千分尺)、米尺、电阻箱、开关和导线等.
(1)他们截取了一段金属丝,拉直后固定在绝缘的米尺上,并在金属丝上夹上一个小金属夹,金属夹可在金属丝上移动.请根据现有器材,设计实验电路,并连接电路实物图甲.
第4题图
(2)实验的主要步骤如下:
①正确连接电路,设定电阻箱的阻值,开启电源,合上开关;
②读出电流表的示数,记录金属夹的位置;
③断开开关,________________________,合上开关,重复②的操作.
(3)该小组测得电流与金属丝接入长度关系的数据,并据此绘出了图乙的关系图线,其斜率为________A-1·m-1(保留三位有效数字);图线纵轴截距与电源电动势的乘积代表了________________________________的电阻之和.
丙
第4题图
(4)他们使用螺旋测微器测量金属丝的直径,示数如图丙所示.金属丝的直径是________,图乙中图线的斜率、电源电动势和金属丝横截面积的乘积代表的物理量是________,其数值和单位为________(保留三位有效数字).
5.甲图为一段粗细均匀的新型导电材料棒,现要测量该材料的电阻率:
(1)首先用多用电表的欧姆挡(倍率为×100Ω)粗测其电阻,指针位置如图乙所示,其读数R=______Ω;
甲
乙
丙
第5题图
(1)
(2)用螺旋测微器测量此新型导电材料棒直径d,测量结果如丙图所示,则d=________mm;
(3)采用以下器材用伏安法尽可能准确地测量其电阻:
A.电流表:
量程为0.6A,内阻约为0.2Ω;
B.电压表:
量程为3V,内阻约为3kΩ;
C.滑动变阻器:
最大阻值为20Ω,额定电流1A;
D.电源E:
电动势6V;
F.电键S,导线若干;
请在方框中画出实验原理电路图;
第5题图
(2)
(4)某同学设计了如图(3)的实验电路,但是在实验过程中却发现导电材料棒电阻率的测量值明显偏小,经检查发现实物图中有一根导线连接错误,该导线是:
________(用导线的序号表示);
第5题图(3)
(5)如果(3)问实验电路中电流表示数为I,电压表示数为U,并测出该棒的长度为L、直径为d,则该材料的电阻率ρ=________.(用I、U、L、d表示)
第30讲 实验、探究:
决定导线电阻的因素
知识整合
基础自测
三、1.在横截面积、材料相同的条件下,导体的电阻与长度成正比. 2.在长度、材料相同的条件下,导体的电阻与横截面积成反比.
四、实验一:
两个 控制变量 同种材料的导体,其电阻R与它的长度l成正比,与它的横截面积S成反比;导体电阻与构成它的材料有关.R∝
实验二:
材料的电阻率
重点阐述
【典型例题1】图中,甲图为一段粗细均匀的新型导电材料棒,现测量该材料的电阻率.
(1)首先用多用电表的欧姆挡(倍率为×10)粗测其电阻,指针位置如图乙所示,其读数R=________.
(2)然后用以下器材用伏安法尽可能精确地测量其电阻
A.电流表:
量程为0.6A,内阻约为0.1Ω
B.电压表:
量程为3V,内阻约为3kΩ
C.滑动变阻器:
最大阻值为20Ω,额定电流为1A
D.低压直流电源:
电压为6V,内阻忽略
F.开关K,导线若干
在方框中画出实验电路图.
K
(3)如果实验中电流表示数为I,电压表示数为U,并测出该棒的长度为L、直径为d,则该材料的电阻率ρ=________(用测出的物理量的符号表示).
【答案】
(1)200Ω
(2)电路如图 (3)
【解析】
(1)R读=刻度值×倍率.即Rx=20×10Ω=200Ω.
(2)电路图见答案.由于Rx=200Ω>
,故采用电流表内接.且Rx>R变,必须分压. (3)由R=ρ
=
及R=
可得ρ=
.
变式训练1 B C
(1)电流表应采用内接法
(2)滑动变阻器应采用分压式接法
【解析】直流电源的电压为20V,为了提高读数准确度应该选择电压表C,因此待测电阻两端电压不得超过15V,则通过的电流不超过I=
=
=600μA,电流表应该选B.为了减小误差电流表应采用内接法,因为滑动变阻器的阻值远小于待测电阻的阻值,若串联,限流效果不明显,应该采用分压接法接入电路.
随堂演练
1.
(1)5.015
(2)4.700 【解析】由游标卡尺和螺旋测微器读数方法可知.
2.
(1)9.950
(2)⑥ (3)
【解析】
(2)合金棒的电阻约为几欧姆,为小电阻,应采用电流表外接法,即⑥连接不当,应接在合金棒的左端.
(3)对于圆柱形金属导体,其电阻R=ρ
,故有Rd=ρ
,RD=ρ
,
代入R2=RdRD即可得R=
.
3.
(1)B D
(2)③ ⑥ 【解析】
(1)电源电动势为3V,待测电阻约为5Ω,则I=
=0.6A,即电流表应选择B;变阻器应选择D.
(2)由图可知,变阻器接法错误,③处接错;⑥处也接错.
4.
(1)如图
第4题图
(2)改变金属丝上金属夹的位置
(3)9.5~10.5均可 金属丝接入长度为零时全电路(或电阻箱、电流表)
(4)0.198~0.202mm 金属丝的电阻率 9.69×10-7~1.02×10-6Ω·m
【解析】(3)k=
A-1·m-1=
10.0A-1·m-1.L=0时纵轴截距与电动势的乘积是
,表示此时电路中的总电阻.
(4)d=0.01mm×20.0=0.200mm.
由闭合电路欧姆定律可得E=I(R+r+RA),又有R=ρ
,联立得
=
+
,可知斜率为
,所以三者之积为电阻率ρ.其值ρ=9.42×10-7Ω·m.
第5题图
5.
(1)2000
(2)6.123~6.126 (3)如图 (4)⑤ (5)
【解析】
(1)由图乙知读数为20×100Ω=2000Ω
(2)由图丙知读数约为6+0.124mm=6.124(mm)
(3)由于滑动变阻器阻值远远小于待测电阻,故采用并联分压的连接方式.
(4)由实验原理图易知⑤处连错
(5)由电阻定律知R=ρ
①
由欧姆定律知R=
②
S=π(
)2 ③
联立①②③可得ρ=
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