2015届高考物理一轮总复习实验测定金属的电阻率课件新人教版.ppt
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- 2015 高考 物理 一轮 复习 实验 测定 金属 电阻率 课件 新人
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1、实验测定金属的电阻率【实验目的【实验目的】1.1.掌握螺旋测微器的原理及读数方法。掌握螺旋测微器的原理及读数方法。2.2.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。压表的读数方法。3.3.会用伏安法测电阻,并能测定金属的电阻率。会用伏安法测电阻,并能测定金属的电阻率。【实验原理【实验原理】1.1.螺旋测微器螺旋测微器(1 1)构造:)构造:如图如图,S,S为固定刻度,为固定刻度,H H为可动刻度。为可动刻度。(2 2)原理:)原理:可动刻度可动刻度H H上的刻度为上的刻度为5050等份,则螺旋测微器的精确度为等份,则
2、螺旋测微器的精确度为0.01 mm0.01 mm。(3 3)读数:)读数: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。米部分由可动刻度读出。测量值(测量值(mmmm)=固定刻度数(固定刻度数(mmmm)(注意半毫米刻度线是否)(注意半毫米刻度线是否露出)露出)+可动刻度数(估读一位)可动刻度数(估读一位)0.010.01(mmmm)。)。如图所示,固定刻度示数为如图所示,固定刻度示数为2.0 mm2.0 mm,而从可动刻度上读的,而从可动刻度上读的示数为示数为15.015.0,最后的读数为,最后的读数为2.0 m
3、m+15.02.0 mm+15.00.01 mm=2.150 mm0.01 mm=2.150 mm。2.2.伏安法测电阻伏安法测电阻(1 1)电流表的内接法和外接法的比较)电流表的内接法和外接法的比较AxRRVxRRURI测测测xVxxVURIR RRRR测测测(2 2)两种电路的选择)两种电路的选择阻值比较法:先将待测电阻的估计值与电压表、电流表内阻阻值比较法:先将待测电阻的估计值与电压表、电流表内阻进行比较,若进行比较,若R Rx x较小,宜采用电流表外接法;若较小,宜采用电流表外接法;若R Rx x较大,宜采较大,宜采用电流表内接法。用电流表内接法。比值法比值法:当当 时时,用电流表外接
4、法用电流表外接法;当当 时时,用电流表内接法。用电流表内接法。xAVxRRRRxAVxRRRR实验试探法:按如图所示接好电路,让电压表一根接线柱实验试探法:按如图所示接好电路,让电压表一根接线柱P P先后与先后与a a、b b处接触一下,如果电压表的示数有较大的变化,而处接触一下,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。流表内接法。3.3.电阻率的测定原理电阻率的测定原理(1)
5、(1)把金属丝接入电路中,用伏安法测金属丝的电阻,把金属丝接入电路中,用伏安法测金属丝的电阻,电路原理如图所示。电路原理如图所示。(2)(2)用毫米刻度尺测金属丝接入电路部分的长度用毫米刻度尺测金属丝接入电路部分的长度l,用螺旋测微用螺旋测微器测得金属丝的直径器测得金属丝的直径d,d,算出横截面积算出横截面积(3)(3)根据电阻定律根据电阻定律 得金属丝电阻率得金属丝电阻率xUR,I21Sd4。R,S lRS l。【实验器材【实验器材】毫米刻度尺,螺旋测微器,直流电流表和直流电压表,滑动变毫米刻度尺,螺旋测微器,直流电流表和直流电压表,滑动变阻器(阻值范围阻器(阻值范围0 050 50)、电池
6、组、开关、被测金属丝、导)、电池组、开关、被测金属丝、导线若干。线若干。【实验过程【实验过程】一、实验步骤一、实验步骤1.1.直径测定直径测定用螺旋测微器在被测金属丝上的三个不同位置各测一次直径,用螺旋测微器在被测金属丝上的三个不同位置各测一次直径,求出其平均值求出其平均值d d,计算出金属丝的横截面积,计算出金属丝的横截面积2dS4。2.2.电路连接电路连接按如图所示的电路原理图连接好用伏安法测电阻的实验电路。按如图所示的电路原理图连接好用伏安法测电阻的实验电路。3.3.长度测量长度测量用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属丝的有效长度,反复用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属丝的有效长度,反
7、复测量测量3 3次,求出其平均值次,求出其平均值l。4.U4.U、I I测量测量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,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,闭合开关电路经检查确认无误后,闭合开关S S,改变滑动变阻器滑片的,改变滑动变阻器滑片的位置,读出几组相应的电流表、电压表的示数位置,读出几组相应的电流表、电压表的示数I I和和U U的值,记入的值,记入表格内,断开开关表格内,断开开关S S。5.5.拆除实验线路,整理好实验器材。拆除实验线路,整理好实验器材。二、数据处理二、数据处理1.1.在求在求R Rx x的平均值时可用两种方法
8、的平均值时可用两种方法(1 1)用)用 分别算出各次的数值,再取平均值。分别算出各次的数值,再取平均值。(2)(2)用用U-IU-I图线的斜率求出。图线的斜率求出。2.2.计算电阻率计算电阻率将记录的数据将记录的数据U U、I I、l、d d的值代入电阻率计算式的值代入电阻率计算式xURI2d U4 I l。【误差分析【误差分析】1.1.金属丝的横截面积是利用直径计算而得的,直径的测量是产金属丝的横截面积是利用直径计算而得的,直径的测量是产生误差的主要来源之一。生误差的主要来源之一。2.2.采用伏安法测量金属丝的电阻时,由于采用的是电流表外接采用伏安法测量金属丝的电阻时,由于采用的是电流表外接
9、法,测量值小于真实值,使电阻率的测量值偏小。法,测量值小于真实值,使电阻率的测量值偏小。3.3.金属丝的长度测量、电流表和电压表的读数等均会带来偶然金属丝的长度测量、电流表和电压表的读数等均会带来偶然误差。误差。4.4.由于金属丝通电后发热升温,会使金属丝的电阻率变大,造由于金属丝通电后发热升温,会使金属丝的电阻率变大,造成测量误差。成测量误差。【注意事项【注意事项】1.1.螺旋测微器的使用螺旋测微器的使用(1)(1)测量前必须校对零点测量前必须校对零点:先使测砧先使测砧A A与测微螺杆与测微螺杆P P并拢并拢,观察可观察可动刻度的零刻度线与固定刻度的轴向线是否重合以及可动刻度动刻度的零刻度线
10、与固定刻度的轴向线是否重合以及可动刻度的边缘与固定刻度的零刻度线是否重合。不重合时的边缘与固定刻度的零刻度线是否重合。不重合时,用存放在用存放在螺旋测微器盒中的工具调节螺旋测微器盒中的工具调节,直到完全重合为止。直到完全重合为止。(2)(2)测量时测量时,当测微螺杆当测微螺杆P P将要接触被测物体时将要接触被测物体时,要停止使用旋钮要停止使用旋钮K,K,改用微调旋钮改用微调旋钮K,K,当听到当听到“咔、咔咔、咔”声后声后,停止转动停止转动,以以避免避免P P和被测物体间产生过大的压力。这样既可以保护仪器和被测物体间产生过大的压力。这样既可以保护仪器,又又能保证测量结果准确。能保证测量结果准确。
11、(3)(3)螺旋测微器应估读一位,即以螺旋测微器应估读一位,即以mmmm作单位作单位,应读到小数点后面应读到小数点后面第三位。第三位。2.2.测定金属的电阻率测定金属的电阻率(1)(1)为了方便为了方便,测量直径应在金属丝连入电路前进行测量直径应在金属丝连入电路前进行,为了准确为了准确测量金属丝的长度测量金属丝的长度,应该在连入电路之后在拉直的情况下进行应该在连入电路之后在拉直的情况下进行,测量待测金属丝接入电路的两个端点之间的长度。测量待测金属丝接入电路的两个端点之间的长度。(2)(2)本实验中被测金属丝的电阻值较小,故应采用电流表外接本实验中被测金属丝的电阻值较小,故应采用电流表外接法。法
12、。(3)(3)开关开关S S闭合前,滑动变阻器的阻值要调到最大。闭合前,滑动变阻器的阻值要调到最大。(4)(4)电流不宜太大(电流表用电流不宜太大(电流表用0 00.6 A0.6 A量程),通电时间不宜量程),通电时间不宜太长太长,以免金属丝温度升高,导致电阻率在实验过程中变大。以免金属丝温度升高,导致电阻率在实验过程中变大。(5)(5)实验连线时实验连线时,应先从电源的正极出发,依次将开关、电流表、应先从电源的正极出发,依次将开关、电流表、待测金属丝、滑动变阻器连成干路,然后再把电压表并联在待待测金属丝、滑动变阻器连成干路,然后再把电压表并联在待测金属丝的两端。测金属丝的两端。【实验改进【实
13、验改进】替代法测电阻替代法测电阻1.1.实验原理实验原理用电阻箱替代待测电阻用电阻箱替代待测电阻,按如图所示连接好电路按如图所示连接好电路,调节电阻箱调节电阻箱,使两次电流表示数相等使两次电流表示数相等,则电阻箱的示数就等于待测电阻的阻则电阻箱的示数就等于待测电阻的阻值。值。2.2.本方案的优缺点本方案的优缺点(1 1)优点:电路结构简单)优点:电路结构简单,调节方便调节方便,便于读数便于读数,同时可以避免同时可以避免因电表的内阻产生的系统误差。因电表的内阻产生的系统误差。(2 2)缺点)缺点:由于电阻箱不能连续调节由于电阻箱不能连续调节,从而导致测量值与真实从而导致测量值与真实值之间存在误差
14、。值之间存在误差。热点热点 1 1 仪器的选择和电路的设计仪器的选择和电路的设计【典例【典例1 1】(2014(2014福州模拟福州模拟)在测定一根粗细均匀的合金丝在测定一根粗细均匀的合金丝R Rx x的电阻率的实验中。的电阻率的实验中。(1)(1)利用螺旋测微器测定合金丝的直径利用螺旋测微器测定合金丝的直径,示数如图所示示数如图所示,则合金则合金丝的直径为丝的直径为mmmm。(2)(2)待测合金丝待测合金丝R Rx x的电阻约为的电阻约为1010。实验室提供的器材有。实验室提供的器材有:A.A.电压表电压表V(V(量程为量程为3V,3V,内阻约为内阻约为10k)10k)B.B.电流表电流表A
15、 A1 1(量程为量程为0.6A,0.6A,内阻约为内阻约为3)3)C.C.电流表电流表A A2 2(量程为量程为3A,3A,内阻约为内阻约为0.1)0.1)D.D.滑动变阻器滑动变阻器R(R(最大阻值约为最大阻值约为5,5,额定电流为额定电流为2A)2A)E.E.学生电源学生电源E(E(电动势为电动势为6V,6V,内阻不计内阻不计)F.F.开关一个开关一个,导线若干导线若干要求较准确地测量出合金丝要求较准确地测量出合金丝R Rx x的阻值的阻值,请在虚线框内画出实验请在虚线框内画出实验电路图电路图(注明选择的电流表注明选择的电流表)。(3)(3)若用若用L L表示合金丝的长度表示合金丝的长度
16、,d,d表示直径表示直径,测得电阻为测得电阻为R,R,写出合写出合金丝的电阻率的表达式为金丝的电阻率的表达式为。【标准解答【标准解答】(1)(1)螺旋测微器的固定刻度读数为螺旋测微器的固定刻度读数为0.5mm,0.5mm,可动刻可动刻度读数为度读数为0.010.0123.0mm=0.230mm,23.0mm=0.230mm,所以最终读数为固定刻度读所以最终读数为固定刻度读数数+可动刻度读数可动刻度读数=0.5mm+0.230mm=0.730mm=0.5mm+0.230mm=0.730mm。(2)(2)待测电阻的阻待测电阻的阻值较小值较小,电流表应采用外接法电流表应采用外接法;滑动变阻器的阻值较
17、小滑动变阻器的阻值较小,宜采用宜采用分压式接法分压式接法;由于电源电动势为由于电源电动势为6V,6V,故电路中的最大电流约为故电路中的最大电流约为0.6A,0.6A,电流表应选电流表应选A A1 1,测量读数较准确测量读数较准确,电路如图所示。电路如图所示。(3)(3)由电阻定律知由电阻定律知 故故答案:答案:(1)0.730 (2)(1)0.730 (2)见标准解答见标准解答(3)(3)LRd()22,2d R4L。2d R4L 热点热点 2 2 “替代法替代法”对电阻的测量对电阻的测量【典例【典例2 2】(2012(2012广东高考广东高考)某同学测量一个圆柱体的电阻率某同学测量一个圆柱体
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