高考物理 實驗11測定金屬的電阻率課件 新人教版

●自主學習一、實驗原理由電阻定律R＝得ρ＝金屬導線的電阻R用伏安法測量，金屬導線的長度l用米尺測量，金屬導線的橫截面積S可由其直徑d算出，即S＝，d可由螺旋測微器測出．二、實驗器材①金屬絲，②螺旋測微器，③電流表，④電壓表，⑤直流電源，⑥滑動變阻器，⑦開關一個，⑧導線若干，⑨米尺(毫米刻度尺)．三、實驗步驟1．用螺旋測微器在被測金屬導線上的三個不同位置各測一次直徑，填入實驗記錄表格，求出其

，計算出導線的橫截面積．2．將金屬絲兩端固定在接線柱上懸空拉直，用毫米刻度尺測量接入電路中的金屬導線的有效長度，反復測量3次，填入實驗記錄表格，求出其平均值l.平均值d實驗記錄測量次數(shù)123平均值導線長/m導線直徑/m3.按如圖所示的電路圖，連好實驗電路，把滑動觸頭調(diào)節(jié)到連入電路中阻值最大的位置．4．電路經(jīng)檢查確認無誤后，閉合開關S.改變滑動變阻器觸頭的位置，讀出幾組相應的電流表、電壓表的示數(shù)I和U的值，填入實驗記錄表格，斷開開關S，求出導線電阻R的

．平均值實驗記錄也可采用U—I圖象法，求電阻R.5．所測金屬的電阻率ρ＝6．拆去實驗線路，整理好實驗器材．測量次數(shù)123電阻平均值電壓U/V電流I/A電阻R/Ω●深化拓展一、實驗注意事項1．本實驗中被測金屬導線的電阻值較小，因此實驗電路必須用電流表外接法．2．連線時，應先從電源的正極出發(fā)，依次將電源、開關、電流表、待測金屬導線、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)在待測金屬導線的兩端．3．測量被測金屬導線的有效長度，是指測量待測導線接入電路的兩個端點之間的長度，亦即電壓表兩端點間的待測導線長度，測量時應將導線拉直．4．測金屬絲直徑一定要選三個不同部位進行測量．5．閉合開關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，通過待測導線的電流I不宜過大(電流表用0～0.6A量程)，通電時間不宜過長，以免金屬導線的溫度明顯升高，造成其電阻率在實驗過程中逐漸增大．7．求R的平均值可用兩種方法：第一種是用R＝U/I算出各次的測量值，再取平均值；第二種是用圖象(U—I圖線)來求出．若采用圖象法，在描點時，要盡量使各點間的距離拉大一些，連線時要盡可能地讓各點均勻分布在直線的兩側，個別明顯偏離較遠的點可以不予考慮．二、實驗誤差分析1．金屬絲直徑、長度的測量帶來誤差．2．測量電路中電流表及電壓表對電阻測量的影響，因為電流表外接，所以R測<R真，由R＝知ρ測<ρ真．3．通電電流過大，時間過長，致使電阻絲發(fā)熱，電阻率隨之變化帶來誤差．●針對訓練在“測定金屬的電阻率”的實驗中，由ρ＝可知，對實驗結果的準確性影響最大的是 ()A．導線直徑d的測量B．電壓U的測量C．電流I的測量 D．導線長度的測量解析：四個選項中的四個物理量對金屬絲的電阻率均有影響，但影響最大的是直徑d，因為在計算式中取直徑的平方．答案：A【例1】在“測定金屬絲的電阻率”的實驗中，若粗估金屬絲的電阻Rx約為3Ω，為盡可能減小誤差，要求金屬絲發(fā)熱功率P<0.75W.(1)實驗中用螺旋測微器測量導線直徑時，可估讀到__________mm，用毫米刻度尺測量導線長度時，可估讀到__________mm；(2)下述器材中應選用的是__________(用字母代替)；A．6V電池組B．電流表(0～0.6A，內(nèi)阻約0.5Ω)C．電流表(0～3A，內(nèi)阻約0.01Ω)D．電壓表(0～3V，內(nèi)阻約1kΩ)E．電壓表(0～15V，內(nèi)阻約5kΩ)F．滑動變阻器(0～100Ω，額定電流1A)G．滑動變阻器(0～20Ω，額定電流1A)(3)在下面的方框內(nèi)畫出電路圖；(4)在下圖中將各器材連成實驗電路．[解析]

(1)螺旋測微器可估讀到0.001mm；毫米刻度尺估讀到最小刻度的下一位，即0.1mm(2)P<0.75W，Rx≈3Ω，所以金屬絲兩端的電壓應小于

＝1.5V，故電壓表應選D；流過的電流應小于A＝0.5A，故電流表應選B；滑動變阻器從方便調(diào)節(jié)角度考慮G；其他有A.(3)注意電流表用外接法，滑動變阻器用分壓式接法．實物連線如圖所示．[答案]

見解析

(2009·臨沂模擬)在“測定金屬的電阻率”的實驗中，待測金屬導線的電阻Rx約為5Ω.實驗室備有下列實驗器材：A．電壓表V1(量程3V，內(nèi)阻約為15kΩ)B．電壓表V2(量程15V，內(nèi)阻約為75kΩ)C．電流表A1(量程3A，內(nèi)阻約為0.2Ω)D．電流表A2(量程600mA，內(nèi)阻約為1Ω)E．變阻器R1(0～100Ω，0.3A)F．變阻器R2(0～2000Ω，0.1A)G．電池E(電動勢為3V，內(nèi)阻約為0.3Ω)H．開關S，導線若干(1)為提高實驗精確度，減小實驗誤差，應選用的實驗器材有__________．(2)為減小實驗誤差，應選用圖中______________(填“a”或“b”)為該實驗的電路圖，并按所選擇的電路圖把實物圖用導線連接起來．(3)若用刻度尺測得金屬絲長度為60.00cm，用螺旋測微器測得導線的直徑為0.635mm，兩電表的示數(shù)分別如圖所示，則電阻值為__________________Ω，電阻率為__________．解析：(1)由電池E決定了電壓表選V1，結合Rx粗略計算電流在600mA內(nèi)，故選A2，由Rx確定變阻器選R1.(2)因A1的內(nèi)阻不能滿足遠小于Rx，故選b圖．(3)Rx＝

Ω·m≈1.27×10－6Ω·m.答案：(1)ADEGH(2)b實物連接如圖(3)2.41.27×10－6Ω·m【例2】用伏安法測量電阻阻值R，并求出電阻率ρ.給定電壓表(內(nèi)阻約為50kΩ)、電流表(內(nèi)阻約為40Ω)、滑動變阻器、電源、開關、待測電阻(約為250Ω)及導線若干．(1)畫出測量R的電路圖．(2)如右圖所示中的6個點表示實驗中測得6組電流I、電壓U的值，試寫出根據(jù)此圖求R值的步驟：__________________.求出的電阻值R＝__________.(保留三位有效數(shù)字)(3)待測電阻是一均勻材料制成的圓柱體，用游標為50分度的卡尺測量其長度與直徑，結果分別如下圖甲、乙所示．由圖可知其長度為__________，直徑為__________．(4)由以上數(shù)據(jù)可求出ρ＝__________.(保留三位有效數(shù)字)．[解答]

(1)RV≈50kΩ，RA≈40Ω，待測電阻R≈250Ω，滿足即可忽略電壓表的分流影響，將電流表采用外接法．因滑動變阻器規(guī)格未知，在滿足實驗條件前提下，可采用限流或分壓式接法．測量R的電路圖如下圖甲、乙所示．

(2)作U－I圖線，舍去左起第2點，其余5個點盡量靠近直線且均勻分布在直線兩側.求該直線的斜率k＝，ΔU、ΔI分別用伏特和安培作單位，則R＝k＝229Ω(221～237Ω均正確)．(3)0.800cm0.194cm(4)據(jù)R＝ρ

l＝0.800cm＝8×10－3m直徑d＝0.194cm＝1.94×10－3m，則S＝代入ρ＝解得ρ＝8.46×10－2Ω·m.

(2009·高考廣東卷)某實驗小組利用實驗室提供的器材探究一種金屬絲的電阻率．所用的器材包括：輸出為3V的直流穩(wěn)壓電源、電流表、待測金屬絲、螺旋測微器(千分尺)、米尺、電阻箱、開關和導線等．(1)他們截取了一段金屬絲，拉直后固定在絕緣的米尺上，并在金屬絲上夾上一個小金屬夾，金屬夾可在金屬絲上移動．請根據(jù)現(xiàn)有器材，設計實驗電路，并連接電路實物圖甲．(2)實驗的主要步聚如下：①正確連接電路，設定電阻箱的阻值，開啟電源，合上開關；②讀出電流表的示數(shù)，記錄金屬夾的位置；③斷開開關，________，合上開關，重復②的操作．(3)該小組測得電流與金屬絲接入長度關系的數(shù)據(jù)，并據(jù)此繪出了圖乙的關系圖線，其斜率為________A－1·m－1(保留三位有效數(shù)字)；圖線縱軸截距與電源電動勢的乘積代表了________的電阻之和．(4)他們使用螺旋測微器測量金屬絲的直徑，示數(shù)如圖所示．金屬絲的直徑是________．圖乙中圖線的斜率、電源電動勢和金屬絲橫截面積的乘積代表的物理量是________，其數(shù)值和單位為________(保留三位有效數(shù)字)．解析：本題考查測定金屬絲的電阻率，意在考查考生對測定電阻率實驗的了解和基本儀器的使用，對實驗數(shù)據(jù)的處理和實驗誤差的理解、分析能力、實驗和探究能力．求斜率用兩點法，即在圖線上取兩個點求解．設外電路電阻箱和電流表的總電阻為R，由閉合電路歐姆定律得

變形得到：

由此可知圖線縱軸截距與電源電動勢的乘積代表了金屬絲電阻為零時的全電路(即電阻箱和電流表)電阻之和，圖線的斜率、電源電動勢和金屬絲橫截面積的乘積代表的物理量是電阻率，代入數(shù)據(jù)計算即可．答案：(1)如圖所示(2)改變金屬絲上金屬夾的位置(3)10.5～10.6金屬絲接入長度為零時全電路(或電阻箱和電流表)(4)0.198～0.202mm金屬絲電阻率9.69×10－7Ω·m～1.02×10－6Ω·m【例3】(2009·浙大附中)有一根細長而均勻的金屬管線樣品，橫截面如圖(甲)所示，此金屬管線長約30cm，電阻約10Ω.已知這種金屬的電阻率為ρ，因管內(nèi)中空部分截面積無法直接測量，請你設計一個實驗方案，測量中空部分的截面積S0，現(xiàn)有如下器材可選：A．毫米刻度尺B．螺旋測微器C．電流表A1(600mA,1.0Ω)D．電流表A2(3A,0.1Ω)E．電壓表V(3V,6kΩ)F．滑動變阻器R1(2kΩ，0.5A)G．滑動變阻器R2(10Ω，2A)H．蓄電池E(6V,0.05Ω)L．開關一個，帶夾子的導線若干(1)以上器材中，應選用的器材有__________(只填代號字母)．(2)在下面虛線框中畫出你所設計的電路圖，并把圖(乙)的實物連成實際測量電路，要求盡可能測出多組有關數(shù)值．(3)實驗中要測量的物理量有：______________.(4)計算金屬管線內(nèi)部空間截面積S0的表達式為：S0＝__________________.[思路點拔]靈活應用測金屬絲電阻率的實驗原理來解決實際問題，考查學生的創(chuàng)造性思維．[解析]

(1)電壓表只能選量程3V的E，因此流過此金屬管線最大電流約為3V÷10Ω＝0.3A，故電流表選量程600mA的A1；滑動變阻器R1最大阻值太大，不便于調(diào)節(jié)，故應選滑動變阻器R2.(2)由于Rx＝10Ω<，故采用電流表外接法；要求盡可能測出多組有關數(shù)值，故應采用滑動變阻器的分壓式接法．(4)金屬管線截面積S＝ρL/R，R＝U/I，S0＝a2－S，聯(lián)立解得：S0＝a2－ρIL/U.[答案]

(1)ABCEGHI(2)電路及實驗測量電路如圖1和圖2所示．(3)用螺旋測微器測橫截面邊長a，用毫米刻度尺測金屬管線長度L，電壓表示數(shù)U，電流表示數(shù)I.(4)a2－ρIL/U.如圖所示，P是一根表面均勻地鍍有很薄的發(fā)熱電阻膜的長陶瓷管(其長度L為50cm左右，直徑D為10cm左右)，膜的電阻率為ρ，管的兩端有導電箍MN，現(xiàn)有米尺，電壓表V，電流表A，電源E，滑動變阻器R，開關S和