【物理】2019届一轮复习人教版实验：测定金属的电阻率学案

【物理】2019届一轮复习人教版实验：测定金属的电阻率学案

第3讲　实验：测定金属的电阻率 见学生用书P123‎ 微知识1 实验目的 ‎1．掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法。‎ ‎2．掌握螺旋测微器和游标卡尺的使用和读数方法。‎ ‎3．会用伏安法测电阻，进一步测定金属的电阻率。‎ 微知识2 实验原理 ‎1．螺旋测微器 ‎(1)构造：如图甲，S为固定刻度，H为可动刻度。‎ ‎　‎ ‎　　　　　　　　甲　　　　　　　　　　　乙 ‎(2)原理 可动刻度H上的刻度为50等份，则螺旋测微器的精确度为‎0.01 mm。‎ ‎(3)读数 ‎①测量时被测物体长度的半毫米数由固定刻度读出，不足半毫米部分由可动刻度读出。‎ ‎②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)‎ ‎③如图乙所示，固定刻度示数为‎2.0 mm，可动刻度上的读数为15.0，最后的读数为：‎2.0 mm＋15.0×‎0.01 mm＝‎2.150 mm。‎ ‎2．游标卡尺 ‎(1)构造(如图所示)：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。‎ ‎(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‎1 mm。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，见下表：‎ ‎(4)读数：若用x表示由主尺上读出的整毫米数， 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＋ ×精确度)mm。‎ ‎3．伏安法测电阻 电流表的内接法和外接法的比较 ‎4.电阻率的测定原理：把金属丝接入如图所示的电路中，用电压表测金属丝两端的电压，用电流表测金属丝的电流，根据Rx＝计算金属丝的电阻Rx，然后用毫米刻度尺测量金属丝的有效长度l，用螺旋测微器测量金属丝的直径d，计算出金属丝的横截面积S；根据电阻定律Rx＝ρ，得出计算金属丝电阻率的公式ρ＝＝。‎ 微知识3 实验步骤 ‎1．用螺旋测微器在被测金属丝的三个不同位置各测一次直径，求出其平均值。‎ ‎2．按图所示的原理电路图连接好用伏安法测电阻的实验电路。‎ ‎3．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，求出其平均值l。‎ ‎4．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，闭合电键S，改变滑动变阻器滑片的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值，填入记录表格内，断开电键S，求出导线电阻Rx的平均值。‎ ‎5．整理仪器。‎ 微知识4 数据处理 ‎1．在求Rx的平均值时可用两种方法 ‎(1)第一种是用Rx＝算出各次的数值，再取平均值。‎ ‎(2)第二种是用U－I图线的斜率求出。‎ ‎2．计算电阻率：将记录的数据Rx、l、d的值，代入电阻率计算公式ρ＝Rx＝。‎ 微知识5 误差分析 ‎1．金属丝直径、长度的测量带来误差。‎ ‎2．测量电路中电流表及电压表对电阻测量的影响，因为电流表外接，所以R测 Ω＝30 Ω，因此采用电流表内接，可以减小电阻测量的误差；另外也可以采用多次测量求平均值的方法减小实验误差。‎ 答案　(1)B　0.410　(2)7、9　断路 ‎(3)电流表改为内接；测量多组电流和电压值，计算出电阻的平均值。(或测量多组电流和电压值，用图象法求电阻值)‎ ‎3．有一根细长而均匀的金属管线样品，长约为‎60 cm，电阻大约为6 Ω，横截面如图甲所示。‎ ‎(1)用螺旋测微器测量金属管线的外径，示数如图乙所示，金属管线的外径为________ mm。‎ ‎(2)现有如下器材：‎ A．电流表(量程‎0.6 A，内阻约为0.1 Ω)‎ B．电流表(量程‎3 A，内阻约为0.03 Ω)‎ C．电压表(量程3 V，内阻约为3 Ω)‎ D．滑动变阻器(1 750 Ω，‎0.3 A)‎ E．滑动变阻器(15 Ω，‎3 A)‎ F．蓄电池(6 V，内阻很小)‎ G．开关一个，带夹子的导线若干 要进一步精确测量金属管线样品的阻值，电流表应选______，滑动变阻器应选____________。(填选项字母)‎ ‎(3)请将如图所示的实际测量电路补充完整。‎ ‎(4)已知金属管线样品材料的电阻率为ρ，通过多次测量得出金属管线的电阻为R，金属管线的外径为d，要想求得金属管线内形状不规则的中空部分的横截面积S，在前面实验的基础上，还需要测量的物理量是____________(所测物理量用字母表示并用文字说明)。计算中空部分横截面积的表达式为S＝________。‎ 解析　(1)螺旋测微器的读数为‎1 mm＋0.01×‎12.5 mm＝‎1.125 mm。‎ ‎(2)因样品阻值约为6 Ω，电压表的量程为3 V，故电流最大约为‎0.5 A，电流表应选A。为调节方便，滑动变阻器应选用总阻值与样品相差不大的E。‎ ‎(3)因Rx≈6 Ω，≈ Ω，故测量电路应为外接法电路。因滑动变阻器的总阻值大于样品阻值，且实验中不需从零调节，故控制电路为限流接法，如图所示。‎ ‎(4)设金属管线长度为L，由导体电阻公式得R＝ρ。可得S＝－，所以需要测量金属管线的长度L。‎ 答案　(1)1.125±0.001　(2)A　E ‎(3)见解析图 ‎(4)管线的长度L　－ ‎4．现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，要求当热敏电阻的温度达到或超过‎60 ℃‎时，系统报警。提供的器材有：热敏电阻，报警器(内阻很小，流过的电流超过Ic时就会报警)，电阻箱(最大阻值为999.9 Ω)，直流电源(输出电压为U，内阻不计)，滑动变阻器R1(最大阻值为1 000 Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值为2 000 Ω)，单刀双掷开关一个，导线若干。‎ 在室温下对系统进行调节。已知U约为18 V，Ic约为10 mA；流过报警器的电流超过20 mA时，报警器可能损坏；该热敏电阻的阻值随温度升高而减小，在‎60 ℃‎时阻值为650.0 Ω。‎ ‎(1)完成待调节的报警系统原理电路图的连线。‎ ‎(2)电路中应选用滑动变阻器__________(填“R‎1”‎或“R‎2”‎)。‎ ‎(3)按照下列步骤调节此报警系统。‎ ‎①电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，这一阻值为__________ Ω；滑动变阻器的滑片应置于__________(填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是_______________。‎ ‎②将开关向__________(填“c”或“d”)端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直到______________。‎ ‎(4)保持滑动变阻器滑片的位置不变，将开关向另一端闭合，报警系统即可正常使用。‎ 答案　(1)连线如图所示 ‎(2)R2‎ ‎(3)①650.0　b　接通电源后，流过报警器的电流会超过20 mA，报警器可能损坏　②c　报警器开始报警