【物理】2019届一轮复习人教版第七章实验七决定导线电阻的因素学案 13页

实验七　决定导线电阻的因素 ‎1．螺旋测微器的使用 ‎(1)构造：如图1所示，B为固定刻度，E为可动刻度．‎ 图1‎ ‎(2)原理：测微螺杆F与固定刻度B之间的精密螺纹的螺距为0.5 mm，即旋钮D每旋转一周，F前进或后退0.5 mm，而可动刻度E上的刻度为50等份，每转动一小格，F前进或后退0.01 mm，即螺旋测微器的精确度为0.01 mm.读数时估读到毫米的千分位上，因此，螺旋测微器又叫千分尺．‎ 图2‎ ‎(3)读数：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)．‎ 如图2所示，固定刻度示数为2.0 mm，半毫米刻度线未露出，而从可动刻度上读的示数为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：主尺、游标尺(主尺和游标尺上各有一个内、外测量爪)、游标卡尺上还有一个深度尺．(如图3所示)‎ 图3‎ ‎(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，其规格见下表：‎ 刻度格数(分度)‎ 刻度总长度 每小格与1 mm的差值 精确度(可精确到)‎ ‎10‎ ‎9 mm ‎0.1 mm ‎0.1 mm ‎20‎ ‎19 mm ‎0.05 mm ‎0.05 mm ‎50‎ ‎49 mm ‎0.02 mm ‎0.02 mm ‎(4)读数：若用x表示从主尺上读出的整毫米数，K表示从游标尺上读出的与主尺上某一刻度线对齐的游标的格数，则记录结果表示为(x＋K×精确度) mm.‎ ‎3．实验原理(如图4所示)‎ 由R＝ρ得ρ＝，因此，只要测出金属丝的长度l、横截面积S和金属丝的电阻R，即可求出金属丝的电阻率ρ.‎ 图4‎ ‎4．实验器材 待测金属丝，直流电源(4 V)，电流表(0～0.6 A)，电压表(0～3 V)，滑动变阻器(0～50 Ω)，开关，导线若干，螺旋测微器，毫米刻度尺．‎ ‎5．实验步骤 ‎(1)用螺旋测微器在待测金属丝上的三个不同位置各测一次直径，求出其平均值d.‎ ‎(2)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待测金属丝的有效长度，反复测量三次，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．‎ ‎(5)闭合开关，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．‎ ‎(6)将测得的Rx、l、d值，代入Rx＝ρ和S＝中，计算出金属丝的电阻率．‎ ‎6．数据处理 ‎(1)在求Rx的平均值时可用两种方法 ‎①用Rx＝分别算出各次的数值，再取平均值．‎ ‎②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＝.‎ ‎7．误差分析 ‎(1)金属丝的横截面积是利用直径计算而得，直径的测量是产生误差的主要来源之一．‎ ‎(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法，测量值小于真实值，使电阻率的测量值偏小．‎ ‎(3)金属丝的长度测量、电流表和电压表的读数等会带来偶然误差．‎ ‎(4)由于金属丝通电后发热升温，会使金属丝的电阻率变大，造成测量误差．‎ ‎8．注意事项 ‎(1)本实验中待测金属丝的电阻值较小，因此实验电路一般采用电流表外接法．‎ ‎(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)测量待测金属丝的有效长度，是指测量待测金属丝接入电路的两个端点之间的长度，亦即电压表两端点间的待测金属丝长度，测量时应将金属丝拉直，反复测量三次，求其平均值．‎ ‎(4)测金属丝直径一定要选三个不同部位进行测量，求其平均值．‎ ‎(5)闭合开关S之前，一定要使滑动变阻器的滑片处在有效电阻值最大的位置．‎ ‎(6)在用伏安法测电阻时，通过待测金属丝的电流强度I不宜过大(电流表用0～0.6 A量程)，通电时间不宜过长，以免金属丝的温度明显升高，造成其电阻率在实验过程中逐渐增大．‎ ‎(7)若采用图象法求R的平均值时，在描点时，要尽量使各点间的距离拉大一些，连线时要尽可能地让各点均匀分布在直线的两侧，个别明显偏离较远的点可以不予考虑．‎ 自测　在“测定金属的电阻率”的实验中，由ρ＝可知，对实验结果的准确性影响最大的是(　　)‎ A．导线直径d的测量 B．电压U的测量 C．电流I的测量 D．导线长度的测量 答案　A 命题点一　常用仪器的读数 ‎1．游标卡尺的读数应注意以下几点：‎ ‎(1)看清精确度 例如(图5)‎ 图5‎ 易错成11 mm＋4×0.1 mm＝11.40 mm 正确的应为11.4 mm，游标卡尺不需要估读，后面不能随意加零或去零；‎ 例如(图6)‎ 图6‎ 易错成10 mm＋12×0.05 mm＝10.6 mm，正确的应为10.60 mm.‎ ‎(2)主尺上的单位应为厘米 主尺上标识的1、2、3等数字通常是指厘米，读数时应将毫米和厘米分清，游标卡尺主尺上的最小刻度是1 mm.‎ 例如(图7)‎ 图7‎ 易错成5 mm＋4×0.05 mm＝5.20 mm 正确的应为50 mm＋4×0.05 mm＝50.20 mm.‎ ‎(3)区分零刻度与标尺最前端 例如(图8)‎ 图8‎ 易错成13 mm＋10×0.05 mm＝13.50 mm 正确读数为14 mm＋10×0.05 mm＝14.50 mm.‎ ‎2．螺旋测微器的读数应注意：‎ ‎(1)固定刻度读数时要注意半毫米刻度线是否漏出；‎ ‎(2)可动刻度读数时要估读一位．‎ ‎3．常用电表的读数 对于电压表和电流表的读数问题，首先要弄清电表量程，即指针指到最大刻度时电表允许通过的最大电压或电流，然后根据表盘总的刻度数确定精确度，按照指针的实际位置进行读数即可．‎ ‎(1)0～3 V的电压表和0～3 A的电流表的读数方法相同，此量程下的精确度分别是0.1 V和0.1 A，看清楚指针的实际位置，读到小数点后面两位．‎ ‎(2)对于0～15 V量程的电压表，精确度是0.5 V，在读数时只要求读到小数点后面一位，即读到0.1 V.‎ ‎(3)对于0～0.6 A量程的电流表，精确度是0.02 A，在读数时只要求读到小数点后面两位，这时要求“半格估读”，即读到最小刻度的一半0.01 A.‎ 例1　(1)如图9甲所示的三把游标卡尺，它们的游标尺从上至下分别为9 mm长10等分、19 mm长20等分、49 mm长50等分，它们的读数依次为________ mm、__________ mm、‎ ‎________ mm.‎ ‎(2)使用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图乙所示，则金属丝的直径是________ mm.‎ 图9‎ 答案　(1)17.7　23.85　3.18　(2)2.150‎ 解析　(1)最上面图读数：整毫米是17，不足1毫米数是7×0.1 mm＝0.7 mm，最后结果是17 mm＋0.7 mm＝17.7 mm.中间图读数：整毫米是23，不足1毫米数是17×0.05 mm＝0.85 mm.最后结果是23 mm＋0.85 mm＝23.85 mm.最下面图读数：整毫米是3，不足1毫米数是9×0.02 mm＝0.18 mm.最后结果是3 mm＋0.18 mm＝3.18 mm.‎ ‎(2)固定刻度示数为2.0 mm，不足半毫米的从可动刻度上读，其示数为15.0，最后的读数：2.0 mm＋15.0×0.01 mm＝2.150 mm.‎ 变式1　(1)如图10甲所示的电表使用0.6 A量程时，对应刻度盘上每一小格代表________A，图中表针示数为________ A；当使用3 A量程时，对应刻度盘中每一小格代表________ A，‎ 图中表针示数为________ A.‎ ‎(2)如图乙所示的电表使用较小量程时，每小格表示_____ V，图中表针的示数为______ V．若使用的是较大量程，则这时表盘刻度每小格表示________ V，图中表针示数为________ V.‎ 图10‎ 答案　(1)0.02　0.44　0.1　2.20　(2)0.1　1.70　0.5‎ ‎8．5‎ 变式2　旋钮式电阻箱如图11所示，电流从接线柱A流入，从B流出，则接入电路的电阻为________ Ω，今欲将接入电路的电阻改为2 087 Ω，最简单的操作方法是________________________________________________________________________‎ ‎____________________.若用两个这样的电阻箱，即可得到的电阻值范围为________．‎ 图11‎ 答案　1 987　将“×1 k”旋钮调到2，再将“×100”旋钮调到0　0～19 998 Ω 命题点二　实验原理的理解与应用 例2　(2017·宿迁市上学期期末)为测量一根金属丝(电阻约5 Ω)的电阻率ρ，选用的电学器材：电压表(量程3 V，内阻约3 kΩ)，电流表(量程0.6 A，内阻约0.2 Ω)，滑动变阻器(0～15 Ω)，学生电源(稳定输出3 V)，开关，导线若干．‎ ‎(1)如图12甲所示，用螺旋测微器测量金属丝的直径时，为了防止金属丝发生明显形变，同时防止损坏螺旋测微器，转动旋钮C至测砧、测微螺杆与金属丝将要接触时，应调节旋钮________(选填“A”“B”或“D”)发出“喀喀”声时停止；某次的测量结果如图乙所示，其读数为______ mm.‎ 图12‎ ‎(2)请用笔画线代替导线将图13的电路补充完整．‎ 图13‎ ‎(3)如图14所示，实验数据已描在坐标纸上，作出U－I图线并求出该金属丝的电阻值为________ Ω(结果保留两位有效数字)．‎ 图14‎ ‎(4)有人认为用图象法求金属丝的电阻是为了减小系统误差，他的观点是否正确？请说明理由．________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________.‎ 答案　(1)D　0.540(0.539或0.541也对)　(2)如图所示 ‎(3)如图所示　4.5(4.3～4.8均可)‎ ‎(4)不正确，多次测量取平均值只能减小偶然误差，不能减小系统误差．‎ 命题点三　数据的处理与应用 例3　(2017·扬州中学5月模拟)某同学为测定金属丝的电阻率ρ，设计了如图15所示电路，电路中ab是一段电阻率较大、粗细均匀的电阻丝，保护电阻R0＝4.0 Ω，电源的电动势E＝‎ ‎3.0 V，电流表内阻忽略不计，滑片P与电阻丝始终接触良好．‎ 图15‎ ‎(1)实验中用螺旋测微器测得电阻丝的直径如图16所示，其示数为d＝________ mm.‎ 图16‎ ‎(2)实验时闭合开关，调节滑片P的位置，分别测量出每次实验中aP长度x及对应的电流值I，实验数据如下表所示：‎ x(m)‎ ‎0.10‎ ‎0.20‎ ‎0.30‎ ‎0.40‎ ‎0.50‎ ‎0.60‎ I(A)‎ ‎0.49‎ ‎0.43‎ ‎0.38‎ ‎0.33‎ ‎0.31‎ ‎0.28‎ (A－1)‎ ‎2.04‎ ‎2.33‎ ‎2.63‎ ‎3.03‎ ‎3.23‎ ‎3.57‎ ‎①将表中数据描在－x坐标纸中，如图17所示．请作出其关系图线，图线斜率的表达式k＝________.(用题中字母表示)，由图线求得电阻丝的电阻率ρ＝______ Ω·m(保留两位有效数字)．‎ 图17‎ ‎②根据图中－x关系图线纵轴截距的物理意义，可求得电源的内阻为r＝________ Ω(保留两位有效数字)．‎ 答案　(1)0.400　(2)①见解析图　　1.1×10－6　②1.3‎ 解析　(1)由题图所示螺旋测微器可知，其示数为0 mm＋40.0×0.01 mm＝0.400 mm.‎ ‎(2)①－x图线如图所示，由闭合电路欧姆定律有，I＝，那么＝＋，由电阻定律可知：R＝ρ＝ρ＝ρ，则＝＋x，则－x图象的斜率：k＝，由图示图象可知：k＝＝3，电阻率ρ＝，代入数据得：ρ＝1.1×10－6 Ω·m.‎ ‎②由－x关系图线知纵轴截距为1.76 A－1，则＝1.76 A－1，解得：r＝1.3 Ω.‎ 命题点四　实验的拓展与创新 例4　(2017·南通市第二次调研)在探究“决定电阻丝电阻的因素”实验中，实验小组根据下表中给出的电阻丝，分别探究电阻与长度、横截面积、材料的关系.‎ 编号 A B C D E F G 材料 镍铬合金 康铜丝 锰铜丝 长度/m ‎1.0‎ ‎0.5‎ ‎1.0‎ ‎1.5‎ ‎1.0‎ ‎1.0‎ ‎1.0‎ 横截面积/mm2‎ ‎1.0‎ ‎1.0‎ ‎0.5‎ ‎1.0‎ ‎2.0‎ ‎1.0‎ ‎1.0‎ ‎(1)为探究电阻丝电阻与长度的关系，应选择表中________(填写编号)进行实验．‎ ‎(2)实验小组设计了如图18甲、乙所示的电路，其中R1和R2为两段电阻丝，为能直观反映两电阻大小关系，应选择________(选填“甲”或“乙”)电路进行实验．‎ 图18‎ ‎(3)实验小组采用图19所示装置测量电阻丝的电阻率，通过改变鳄鱼嘴夹子在电阻丝上的位置，改变接入电路中的电阻丝长度，测出接入电路电阻丝的长度L和对应的电流表读数I.‎ 图19‎ ‎①请用笔画线代替导线在图中将实物电路连接完整．‎ ‎②实验中测出多组I和L的数据，作出－L图线，测得图线斜率为k，已知电源电动势为E，电阻丝横截面积为S，则电阻丝电阻率ρ＝________.‎ ‎③关于实验操作过程和误差分析，下列说法中正确的有________．‎ A．开关闭合前，应将图中滑动变阻器滑动头移到最左端 B．闭合开关，电流表指针不偏转，在不断开电路情况下，用多用表电压挡检查电路 C．实验误差原因之一是测量电阻丝接入电路的长度有误差 D．实验误差的主要来源是电流表内阻和电源内阻 答案　(1)ABD　(2)甲　(3)①如图所示　②kES　③BC ‎1．某同学用如图20甲所示的螺旋测微器测小球的直径时，他应先转动_____到F靠近小球，再转动_____到F夹住小球，直至听到棘轮发出声音为止，拨动______使F固定后读数(填仪器部件字母符号)．正确操作后，螺旋测微器的示数如图乙所示，则小球的直径是_______ mm.‎ 图20‎ 答案　D　H　G　6.700‎ 解析　用螺旋测微器测小球直径时，先转动粗调旋钮D使测微螺杆F靠近被测小球，再转动微调旋钮H使测微螺杆F夹住小球，直到棘轮发出声音为止，拨动G使F固定后读数，读数为6.5 mm＋20.0×0.01 mm＝6.700 mm.‎ ‎2．(2017·江都中学12月检测)在“测定金属的电阻率”实验中，所用测量仪器均已校准，待测金属丝接入电路部分的长度约为50 cm.‎ ‎(1)用螺旋测微器测量金属丝直径，其中某次测量结果如图21所示，其读数应为____ mm(该值接近多次测量的平均值)．‎ 图21‎ ‎(2)用伏安法测金属丝的电阻Rx，实验所用器材为：电池组(电动势为3 V，内阻约为1 Ω)，电流表(内阻约为0.1 Ω)，电压表(内阻约为3 kΩ)，滑动变阻器R(0～20 Ω，额定电流为2 A)，开关，导线若干．‎ 某同学利用以上器材正确连接好电路，进行实验测量，记录数据如下：‎ 次数 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ ‎7‎ U/V ‎0.10‎ ‎0.30‎ ‎0.70‎ ‎1.00‎ ‎1.50‎ ‎1.70‎ ‎2.30‎ I/A ‎0.020‎ ‎0.060‎ ‎0.160‎ ‎0.220‎ ‎0.340‎ ‎0.460‎ ‎0.520‎ 由以上实验数据可知，他测量Rx是采用图22中甲和乙中的图________(选填“甲”或“乙”)．‎ ‎(3)如图23是测量Rx的实验器材实物图，图中已经连接好了部分导线，滑动变阻器的滑片P置于变阻器的一端，请根据图22中所选的电路图，补充完成实物图的连线．‎ 图22‎ 图23‎ ‎(4)这个小组的同学在坐标纸上建立U、I坐标系，如图24所示，图中已经标出了与测量数据相对应的四个点，请在图中标出第2、4、6次测量数据的坐标点，并描绘出U－I图线，由图线得到金属丝的阻值Rx＝________ Ω(保留两位有效数字)．‎ 图24‎ ‎(5)根据以上数据可估算出金属丝的电阻率约为______(填选项前的序号)．‎ A．1×10－2 Ω·m B．1×10－3 Ω·m C．1×10－6 Ω·m D．1×10－8 Ω·m 答案　(1)0.399　(2)甲　(3)如图所示 ‎(4)如图所示　4.4(4.4～4.6均可)　(5)C 解析　(1)螺旋测微器读数为0＋39.9×0.01 mm＝0.399 mm ‎(4)Rx＝＝ Ω＝4.4 Ω.‎ ‎(5)由Rx＝ρ得ρ＝，代入数据得ρ≈1×10－6 Ω·m.‎