高考物理一輪復(fù)習(xí) 第八章 恒定電流 第3講 實(shí)驗(yàn) 測定金屬的電阻率（同時(shí)練習(xí)使用螺旋測微器）課件.ppt

課標(biāo)版物理 第3講實(shí)驗(yàn) 測定金屬的電阻率 同時(shí)練習(xí)使用螺旋測微器 一 螺旋測微器 1 原理 測微螺桿與固定刻度之間的精密螺紋的螺距為0 5mm 即旋鈕每旋轉(zhuǎn)一周 測微螺桿前進(jìn)或后退0 5mm 而可動刻度上的刻度為50等份 每轉(zhuǎn)動一小格 測微螺桿前進(jìn)或后退0 01mm 即螺旋測微器的精確度為0 01mm 讀數(shù)時(shí)估讀到毫米的千分位上 因此 螺旋測微器又叫千分尺 2 讀數(shù) 測量值 mm 固定刻度數(shù) mm 注意半毫米刻度線是否露出 可動刻度數(shù) 估讀一位 0 01 mm 二 游標(biāo)卡尺1 原理 利用主尺的分度值與游標(biāo)尺的分度值的差值制成 不管游標(biāo)尺上有多少個(gè)小等分刻度 它的刻度部分的總長度比主尺上的同樣多的小等分刻度的長度少1mm 2 讀數(shù) 若用x表示由主尺上讀出的整毫米數(shù) k表示從游標(biāo)尺上讀出的與主尺上某一刻線對齊的游標(biāo)尺上的格數(shù) 則記錄結(jié)果表達(dá)為x k 精確度 三 常用電表的讀數(shù)對于電壓表和電流表的讀數(shù)問題 首先要弄清電表量程 然后根據(jù)表盤總的刻度數(shù)確定精確度 按照指針的實(shí)際位置進(jìn)行讀數(shù)即可 1 0 3v的電壓表和0 3a的電流表讀數(shù)方法相同 此量程下的精確度是0 1v或0 1a 看清楚指針的實(shí)際位置 讀到小數(shù)點(diǎn)后面兩位 2 對于0 15v量程的電壓表 精確度是0 5v 在讀數(shù)時(shí)只要求讀到小數(shù)點(diǎn)后面一位 即讀到0 1v 3 對于0 0 6a量程的電流表 精確度是0 02a 在讀數(shù)時(shí)只要求讀到小數(shù)點(diǎn)后面兩位 這時(shí)要求 半格估讀 即讀到分度值的一半0 01a 四 電流表的內(nèi)接法和外接法1 兩種接法的比較 2 兩種接法的選擇 1 阻值比較法 先將待測電阻的估計(jì)值與電壓表 電流表內(nèi)阻進(jìn)行比較 若rx較小 宜采用電流表外接法 若rx較大 宜采用電流表內(nèi)接法 簡單概括為 大內(nèi)偏大 小外偏小 2 臨界值計(jì)算法rx時(shí) 用電流表內(nèi)接法 3 實(shí)驗(yàn)試探法 按圖接好電路 讓電壓表一根接頭p先后與a b處接觸一下 如果電壓表的示數(shù)有較大的變化 而電流表的示數(shù)變化不大 則可采用電流表外接法 如果電流表的示數(shù)有較大的變化 而電壓表的示數(shù)變化不大 則可采用電流表內(nèi)接法 五 滑動變阻器的限流接法和分壓接法1 兩種接法的比較 由上表可以看出 滑動變阻器的分壓式接法中 電壓和電流的調(diào)節(jié)范圍很大 限流式接法較節(jié)能 2 兩種接法的選擇 1 兩種接法的一般適用條件a 限流式接法適合測量阻值小的電阻 跟滑動變阻器的總電阻相比相差不多或比滑動變阻器的總電阻還小 b 分壓式接法適合測量阻值較大的電阻 一般比滑動變阻器的總電阻要大 2 必須采用分壓式接法的三種情況 a 若采用限流式接法不能控制電流 或電壓 滿足實(shí)驗(yàn)要求 即若滑動變阻器阻值調(diào)到最大時(shí) 待測電阻上的電流 或電壓 仍超過電流表 或電壓表 的量程 或超過待測電阻的額定電流 或電壓 則必須選用分壓式接法 b 若待測電阻的阻值比滑動變阻器總電阻大得多 以致在限流電路中 滑動變阻器的滑片從一端滑到另一端時(shí) 待測電阻上的電流或電壓變化范圍不夠大 此時(shí) 應(yīng)改用分壓電路 c 若實(shí)驗(yàn)中要求電壓從零開始調(diào)節(jié) 則必須采用分壓式電路 3 兩種電路均可使用的情況下 應(yīng)優(yōu)先采用限流式接法 因?yàn)橄蘖魇浇臃娐泛唵?耗能低 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1 掌握電流表 電壓表和滑動變阻器的使用方法 2 掌握螺旋測微器的使用方法和讀數(shù)方法 3 學(xué)會利用伏安法測電阻 進(jìn)一步測出金屬絲的電阻率 實(shí)驗(yàn)原理 根據(jù)電阻定律公式知道需測出金屬絲的長度l和它的直徑d 并計(jì)算出橫截面積s 并用伏安法測出電阻rx 即可計(jì)算出金屬絲的電阻率 實(shí)驗(yàn)器材 被測金屬絲 螺旋測微器 毫米刻度尺 電池組 電流表 電壓表 滑動變阻器 開關(guān) 導(dǎo)線若干 1 直徑測定 用螺旋測微器在被測金屬導(dǎo)線上的三個(gè)不同位置各測一次直徑 求出其平均值d 計(jì)算出導(dǎo)線的橫截面積s 2 電路連接 按如圖所示的原理電路圖連接好用伏安法測電阻的實(shí)驗(yàn)電路 3 長度測量 用毫米刻度尺測量接入電路中的被測金屬導(dǎo)線的有效長度 反復(fù)測量3次 求出其平均值l 實(shí)驗(yàn)步驟 4 u i測量 把滑動變阻器的滑片調(diào)節(jié)到使其接入電路中的電阻值最大的位置 電路經(jīng)檢查確認(rèn)無誤后 閉合開關(guān)s 改變滑動變阻器滑片的位置 讀出幾組相應(yīng)的電流表 電壓表的示數(shù)i和u的值 記入表格內(nèi) 斷開開關(guān)s 5 拆去實(shí)驗(yàn)線路 整理好實(shí)驗(yàn)器材 數(shù)據(jù)處理 1 在求rx的平均值時(shí)可用兩種方法 1 用rx 分別算出各次的阻值 再取平均值 2 用u i圖線的斜率求出阻值 2 計(jì)算電阻率將記錄的數(shù)據(jù)rx l d的值代入電阻率計(jì)算式 rx 注意事項(xiàng) 1 本實(shí)驗(yàn)中被測金屬導(dǎo)線的電阻值較小 因此實(shí)驗(yàn)電路一般采用電流表外接法 2 實(shí)驗(yàn)連線時(shí) 應(yīng)先從電源的正極出發(fā) 依次將電源 開關(guān) 電流表 待測金屬導(dǎo)線 滑動變阻器連成主干線路 閉合電路 然后再把電壓表并聯(lián)在待測金屬導(dǎo)線的兩端 3 測量被測金屬導(dǎo)線的有效長度 是指測量待測導(dǎo)線接入電路的兩個(gè)端點(diǎn)之間的長度 亦即電壓表兩端點(diǎn)間的待測導(dǎo)線長度 測量時(shí)應(yīng)將導(dǎo)線拉直 反復(fù)測量三次 求其平均值 4 測金屬導(dǎo)線直徑一定要選三個(gè)不同部位進(jìn)行測量 求其平均值 5 閉合開關(guān)s之前 一定要使滑動變阻器的滑片處在有效電阻值最大的位置 6 在用伏安法測電阻時(shí) 通過待測導(dǎo)線的電流i不宜過大 電流表用0 0 6a量程 通電時(shí)間不宜過長 以免金屬導(dǎo)線的溫度明顯升高 造成其電阻率在實(shí)驗(yàn)過程中逐漸增大 7 求r的平均值時(shí)可用兩種方法 第一種是用r u i算出各次的測量值 再取平均值 第二種是用圖像 u i圖線 來求出 若采用圖像法 在描點(diǎn)時(shí) 要盡量使各點(diǎn)間的距離拉大一些 連線時(shí)要盡可能地讓各點(diǎn)均勻分布在直線的兩側(cè) 個(gè)別明顯偏離較遠(yuǎn)的點(diǎn)可以不予考慮 誤差分析 1 金屬絲的橫截面積是利用直徑計(jì)算而得 直徑的測量是產(chǎn)生誤差的主要來源之一 2 采用伏安法測量金屬絲的電阻時(shí) 由于采用的是電流表外接法 測量值小于真實(shí)值 使電阻率的測量值偏小 3 金屬絲的長度測量 電流表和電壓表的讀數(shù)等會帶來偶然誤差 4 由于金屬絲通電后發(fā)熱升溫 會使金屬絲的電阻率變大 造成誤差 考點(diǎn)一儀器的讀數(shù)典例1 2015海南單科 11 6分 某同學(xué)利用游標(biāo)卡尺和螺旋測微器分別測量一圓柱體工件的直徑和高度 測量結(jié)果如圖 a 和 b 所示 該工件的直徑為cm 高度為mm 圖 a 圖 b 答案1 2206 860解析圖 a 為20分度的游標(biāo)卡尺 其精度為0 05mm 主尺讀數(shù)為12mm 游標(biāo)尺上第4條刻線與主尺上的一條刻線對齊 故測量結(jié)果為12mm 4 0 05mm 12 20mm 1 220cm 螺旋測微器的精度為0 01mm 由圖 b 知固定刻度讀數(shù)為6 5mm 可動刻度讀數(shù)為 36 0 故工件的高度為6 5mm 36 0 0 01mm 6 860mm 1 1如圖所示的兩把游標(biāo)卡尺 它們的游標(biāo)尺從左到右分別為9mm長10等分 19mm長20等分 它們的讀數(shù)依次為mm mm 答案16 823 85 解析圖甲讀數(shù) 整毫米是16 不足1毫米數(shù)是8 0 1mm 0 8mm 最后結(jié)果是16mm 0 8mm 16 8mm 乙圖讀數(shù) 整毫米是23 不足1毫米數(shù)是17 0 05mm 0 85mm 最后結(jié)果是23mm 0 85mm 23 85mm 1 2使用螺旋測微器測量兩個(gè)金屬絲的直徑 示數(shù)如圖所示 則甲 乙金屬絲的直徑分別為mm mm 答案2 1500 050解析對圖甲 甲固定刻度示數(shù)為2 0mm 不足半毫米的從可動刻度上讀的 示數(shù) 為15 0 最后的讀數(shù)為 2 0mm 15 0 0 01mm 2 150mm 對圖乙 乙金屬絲的直徑為5 0 0 01mm 0 050mm 1 3電流表量程一般有兩種 0 0 6a 0 3a 電壓表量程一般有兩種 0 3v 0 15v 如圖所示 接0 3v量程時(shí)讀數(shù)為v 接0 15v量程時(shí)讀數(shù)為v 接0 3a量程時(shí)讀數(shù)為a 接0 0 6a量程時(shí)讀數(shù)為a 答案 1 90 9 5 0 82 0 17 考點(diǎn)二器材的選取和電路的設(shè)計(jì)典例2在測量金屬絲電阻率的實(shí)驗(yàn)中 可供選用的器材如下 待測金屬絲 rx 阻值約4 額定電流約0 5a 電壓表 v 量程3v 內(nèi)阻約3k 電流表 a1 量程0 6a 內(nèi)阻約0 2 a2 量程3a 內(nèi)阻約0 05 電源 e1 電動勢3v 內(nèi)阻不計(jì) e2 電動勢12v 內(nèi)阻不計(jì) 滑動變阻器 r 最大阻值約20 螺旋測微器 毫米刻度尺 開關(guān)s 導(dǎo)線 用螺旋測微器測量金屬絲的直徑 示數(shù)如圖所示 讀數(shù)為mm 若滑動變阻器采用限流接法 為使測量盡量精確 電流表應(yīng)選 電源應(yīng)選 均填器材代號 在虛線框內(nèi)完成電路原理圖 答案 1 773 1 771 1 775均正確 a1e1電路圖如圖所示解析 根據(jù)螺旋測微器的讀數(shù)規(guī)則讀數(shù) 注意半刻度線已經(jīng)露出 待測金屬絲的額定電流約0 5a 用a2時(shí)指針偏角太小 造成測量結(jié)果不準(zhǔn)確 因電壓表的量程是3v 用e2時(shí)有可能燒壞電壓表 因 故用電流表的外接法 2 1 2013安徽理綜 21 1 在測定一根粗細(xì)均勻合金絲電阻率的實(shí)驗(yàn)中 利用螺旋測微器測定合金絲直徑的過程如圖所示 校零時(shí)的讀數(shù)為mm 合金絲的直徑為mm 2 為了精確測量合金絲的電阻rx 設(shè)計(jì)出如圖1所示的實(shí)驗(yàn)電路圖 按照該電路圖完成圖2中的實(shí)物電路連接 答案 1 0 0070 638 2 如圖所示 解析 1 校零時(shí)的讀數(shù)為0 007mm合金絲的直徑 0 5 14 5 0 01 0 007 mm 0 638mm 2 見答案 2 2某同學(xué)測量阻值約為25k 的電阻rx 現(xiàn)備有下列器材 a 電流表 量程100 a 內(nèi)阻約2k b 電流表 量程500 a 內(nèi)阻約300 c 電壓表 量程15v 內(nèi)阻約100k d 電壓表 量程50v 內(nèi)阻約500k e 直流電源 20v 允許最大電流1a f 滑動變阻器 最大阻值1k 額定功率1w g 電鍵和導(dǎo)線若干 電流表應(yīng)選 電壓表應(yīng)選 填字母代號 該同學(xué)正確選擇儀器后連接了以下電路 為保證實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行 并使測量誤差盡量減小 實(shí)驗(yàn)前請你檢查該電路 指出電路在接線上存在的問題 答案bc 電流表應(yīng)采用內(nèi)接的方法 滑動變阻器應(yīng)采用分壓式接法 解析最大電流imax a 800 a 故電流表應(yīng)選b 電源電動勢20v 電壓表d的量程為50v 測量誤差過大 故應(yīng)選c r0 k k rx 故電流表應(yīng)采用內(nèi)接法 由于滑動變阻器最大阻值比被測電阻小很多 為了便于調(diào)節(jié)和保證電表的安全 滑動變阻器應(yīng)采用分壓式接法 考點(diǎn)三數(shù)據(jù)處理和誤差分析典例3在 測定金屬的電阻率 實(shí)驗(yàn)中 所用測量儀器均已校準(zhǔn) 待測金屬絲接入電路部分的長度約為50cm 1 用螺旋測微器測量金屬絲的直徑 其中某一次測量結(jié)果如圖所示 其讀數(shù)應(yīng)為mm 該值接近多次測量的平均值 2 用伏安法測金屬絲的電阻rx 實(shí)驗(yàn)所用器材為 電池組 電動勢3v 內(nèi)阻約1 電流表 內(nèi)阻約0 1 電壓表 內(nèi)阻約3k 滑動變阻器r 0 20 額定電流2a 開關(guān) 導(dǎo)線若干 某小組同學(xué)利用以上器材正確連接好電路 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測量 記錄數(shù)據(jù)如下 由以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知 他們測量rx是采用圖中的圖 選填 甲 或 乙 3 圖是測量rx的實(shí)驗(yàn)器材實(shí)物圖 圖中已連接了部分導(dǎo)線 滑動變阻器的滑片p置于變阻器的一端 請根據(jù) 2 所選的電路圖 補(bǔ)充完成圖中實(shí)物間的連線 并使閉合開關(guān)的瞬間 電壓表或電流表不至于被燒壞 4 這個(gè)小組的同學(xué)在坐標(biāo)紙上建立u i坐標(biāo)系 如圖所示 圖中已標(biāo)出了與測量數(shù)據(jù)對應(yīng)的4個(gè)坐標(biāo)點(diǎn) 請?jiān)趫D中標(biāo)出第2 4 6次測量數(shù)據(jù)的坐標(biāo)點(diǎn) 并描繪出u i圖線 由圖線得到金屬絲的阻值rx 保留兩位有效數(shù)字 5 根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以估算出金屬絲電阻率約為 填選項(xiàng)前的符號 a 1 10 2 mb 1 10 3 mc 1 10 6 md 1 10 8 m 6 任何實(shí)驗(yàn)測量都存在誤差 本實(shí)驗(yàn)所用測量儀器均已校準(zhǔn) 下列關(guān)于誤差的說法中正確的選項(xiàng)是 有多個(gè)正確選項(xiàng) a 用螺旋測微器測量金屬絲直徑時(shí) 由于讀數(shù)引起的誤差屬于系統(tǒng)誤差b 由于電流表和電壓表內(nèi)阻引起的誤差屬于偶然誤差c 若將電流表和電壓表的內(nèi)阻計(jì)算在內(nèi) 可以消除由測量儀表引起的系統(tǒng)誤差d 用u i圖像處理數(shù)據(jù)求金屬絲電阻可以減小偶然誤差答案 1 0 397 0 395 0 399均正確 2 甲 3 如圖 a 所示 4 如圖 b 所示 4 3 4 7 5 c 6 cd b a 解析 1 螺旋測微器的讀數(shù)原則為固定刻度 可動刻度 精度 0 39 7 0 01mm 0 397mm 2 由記錄數(shù)據(jù)知 若采用乙圖限流電路 則當(dāng)u 0 10v i 0 020a時(shí) 滑動變阻器須串入的電阻約為145 大于滑動變阻器的最大阻值20 所以實(shí)驗(yàn)中滑動變阻器r應(yīng)采用分壓式連接 故他們采用甲圖電路 3 實(shí)物連接圖見答案 連線時(shí)要注意 電壓表的正 負(fù)接線柱不要接反 滑動變阻器中滑片p的位置應(yīng)使最初rx兩端電壓為零 4 u i圖線見答案 求出圖線斜率即rx的阻值 5 r 則 r r 1 0 10 6 m 6 系統(tǒng)誤差是實(shí)驗(yàn)原理 實(shí)驗(yàn)方法不完善 測量工具不精密等因素造成的誤差 偶然誤差是人為 環(huán)境等偶然因素造成的誤差 故讀數(shù)引起的誤差屬偶然誤差 而電表的內(nèi)阻引起的誤差是系統(tǒng)誤差 a b選項(xiàng)錯(cuò)誤 把電表內(nèi)阻計(jì)算在內(nèi) 完善了實(shí)驗(yàn)方案 可消除這一因素引起的系統(tǒng)誤差 c選項(xiàng)正確 用多次測量求平均值的方法 可減小偶然誤差 d選項(xiàng)正確 3 1 2014浙江理綜 22 10分 小明對2b鉛筆芯的導(dǎo)電性能感興趣 于是用伏安法測量其電阻值 1 圖1是部分連接好的實(shí)物電路圖 請用電流表外接法完成接線并在圖1中畫出 2 小明用電流表內(nèi)接法和外接法分別測量了一段2b鉛筆芯的伏安特性 并將得到的電流 電壓數(shù)據(jù)描到u i圖上 如圖2所示 在圖中 由電流表外接法得到的數(shù)據(jù)點(diǎn)是用 填 或 表示的 圖1 3 請你選擇一組數(shù)據(jù)點(diǎn) 在圖2上用作圖法作圖 并求出這段鉛筆芯的電阻為 答案 1 如圖所示 圖2 2 3 見解析解析 1 由圖知電源采用了兩節(jié)干電池 則電壓表應(yīng)選用3v量程 見答 案圖 2 在內(nèi)接法中由u i r ra 知其u i圖線的斜率k內(nèi) r ra r 在外接法中由其u i r即u i知其u i圖線的斜率k外 r 可見對應(yīng)于外接法的圖線斜率較小 3 由u ir知u i圖線的斜率對應(yīng)于r的測量值 選擇其中一組 或 連線 求出圖線的斜率即可 用 連線時(shí)r 1 1 1 3 用 連線時(shí)r 1 5 1 7 考點(diǎn)四實(shí)驗(yàn)改進(jìn)與創(chuàng)新典例4為了測量一微安表頭a的內(nèi)阻 某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖所示的電路 圖中 a0是標(biāo)準(zhǔn)電流表 r0和rn分別是滑動變阻器和電阻箱 s和s1分別是單刀雙擲開關(guān)和單刀開關(guān) e是電池 完成下列實(shí)驗(yàn)步驟中的填空 1 將s撥向接點(diǎn)1 接通s1 調(diào)節(jié) 使待測表頭指針偏轉(zhuǎn)到適當(dāng)位置 記下此時(shí)的讀數(shù)i 2 然后將s撥向接點(diǎn)2 調(diào)節(jié) 使 記下此時(shí)rn的讀數(shù) 3 多次重復(fù)上述過程 計(jì)算rn讀數(shù)的 此即為待測微安表頭內(nèi)阻的測量值 答案 1 r0標(biāo)準(zhǔn)電流表 或a0 2 rn標(biāo)準(zhǔn)電流表 或a0 的讀數(shù)仍為i 3 平均值解析本題方法為替代法 當(dāng)s接1與接2時(shí)通過電路的電流i相同 可知待測表的內(nèi)阻與rn的電阻相同 電阻測量的五種方法1 伏安法 電路圖特點(diǎn) 大內(nèi)小外 內(nèi)接法測量值偏大 測大電阻時(shí)應(yīng)用內(nèi)接法測量 2 安安法若電流表內(nèi)阻已知 則可將其當(dāng)做電流表 電壓表以及定值電阻來使用 1 如圖1甲所示 當(dāng)兩電流表所能測得的最大電壓接近時(shí) 如果已知的內(nèi)阻r1 則可測得的內(nèi)阻r2 2 如圖1乙所示 當(dāng)兩電流表的滿偏電壓ua2 ua1時(shí) 串聯(lián)一定值電阻r0后 同樣可測得的電阻r2 圖1 3 伏伏法若電壓表內(nèi)阻已知 則可將其當(dāng)做電流表 電壓表和定值電阻來使用 1 如圖2甲所示 兩電表的滿偏電流接近時(shí) 若已知的內(nèi)阻r1 則可測出的內(nèi)阻r2 r1 2 如圖2乙所示 兩電壓表的滿偏電流iv1 iv2時(shí) 并聯(lián)一定值電阻r0后 同樣可得的內(nèi)阻r2 圖2 4 比較法測電阻如圖3所示 讀得電阻箱r1的阻值及表 表的示數(shù)i1 i2 可得rx 如果考慮電表內(nèi)阻的影響 則i1 rx ra1 i2 r1 ra2 電路圖如圖4所示步驟 1 斷開s2 閉合s1 調(diào)節(jié)r0 使表滿偏為i0 2 保持r0不變 閉合s2 調(diào)節(jié)r 使表讀數(shù)為 5 半偏法測電流表內(nèi)阻 3 由上可得ra r 特別提醒 當(dāng)r0 ra時(shí) 測量誤差小 此方法比較適合測小阻值的電流表的內(nèi)阻 且測量值偏小 電源電動勢應(yīng)選大些的 這樣表滿偏時(shí)r0才足夠大 閉合s2時(shí)總電流變化才足夠小 誤差才小 4 1在 測定金屬的電阻率 的實(shí)驗(yàn)中 需要用刻度尺測出被測金屬絲的長度l 用螺旋測微器測出金屬絲的直徑d 用電流表和電壓表測出金屬絲的電