【物理】2018届一轮复习人教版第8章实验8测定金属的电阻率(同时练习使用螺旋测微器)学案 9页

实验八　测定金属的电阻率(同时练习使用螺旋测微器)‎ ‎【理论必备】‎ ‎1．螺旋测微器 ‎(1)构造：如图甲，S为固定刻度，H为可动刻度．‎ ‎(2)原理：可动刻度H上的刻度为50等份，旋钮K每旋转一周，螺杆P前进或后退‎0.5 mm，则螺旋测微器的精确度为 ‎0.01 mm.‎ ‎　　‎ 甲 　　　　　　　　 乙 ‎(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，不足半毫米，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(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：‎ 刻度格数(分度)‎ 刻度总长度 每小格与1 mm的差值 精确度(可准确到)‎ ‎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表示由主尺上读出的整毫米数，K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＋K×精确度)mm.‎ ‎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值，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的电流表读数方法相同，此量程下的精确度分别是0.1 V或‎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．‎ ‎4．电流表、电压表测电阻两种方法的比较 电流表内接法 电流表外接法 电路图 误差原因 电流表分压U测＝Ux＋UA 电压表分流I测＝Ix＋IV 电阻测量值 R测＝＝Rx＋RA>Rx 测量值大于真实值 R测＝＝时，用电流表内接法．‎ ‎3．实验试探法：按如图所示电路图接好电路，让电压表的一根接线柱P先后与a、b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．‎ 二、数据处理 ‎1．求Rx的平均值的两种方法 ‎(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＝.‎ 三、误差分析 ‎1．金属丝直径、长度的测量带来误差．‎ ‎2．若为内接法，电流表分压，若为外接法，电压表分流．‎ 四、注意事项 ‎1．测量直径应在导线连入电路前进行，测量金属丝的长度，应在导线连入电路后拉直的情况下进行．‎ ‎2．本实验中被测金属丝的阻值较小，故采用电流表外接法．‎ ‎3．电流不宜太大(电流表用0～‎0.6 A量程)，通电时间不宜太长，以免金属丝温度升高，导致电阻率在实验过程中变大．‎ ‎　对仪器读数和实验原理的考查 ‎　在“测定金属的电阻率”的实验中，若待测金属丝的电阻约为5 Ω，要求测量结果尽量准确，提供以下器材供选择：‎ A．电池组(3 V，内阻1 Ω)‎ B．电流表(0～‎3 A，内阻0.012 5 Ω)‎ C．电流表(0～‎0.6 A，内阻0.125 Ω)‎ D．电压表(0～3 V，内阻4 kΩ)‎ E．电压表(0～15 V，内阻15 kΩ)‎ F．滑动变阻器(0～20 Ω，允许最大电流‎1 A)‎ G．滑动变阻器(0～2 000 Ω，允许最大电流‎0.3 A)‎ H．开关、导线若干 ‎(1)实验时应从上述器材中选用________________(选填仪器前的字母代号)．‎ ‎(2)测电阻时，电流表、电压表、待测金属丝电阻Rx在组成测量电路时，应采用电流表________(选填“外”或“内”)接法，待测金属丝电阻的测量值比真实值偏__________(选填“大”或“小”)．‎ ‎(3)若用螺旋测微器测得金属丝的直径d的读数如图所示，则读数为________mm.‎ ‎(4)若用L表示金属丝的长度，d表示直径，测得电阻为R，请写出计算金属丝电阻率的表达式ρ＝________．‎ ‎[解析]　(1)电池组电压是3 V，流过金属丝的最大电流Im＝＝‎0.5 A，故电流表选C，电压表选D；滑动变阻器选总阻值小的，便于调节，故选F；另外要选导线、开关．‎ ‎(2)因为＝40，＝800，故电流表选择外接法，外接法测量值偏小．‎ ‎(3)根据螺旋测微器的读数规则知，读数是‎0.5 mm＋40.0×‎0.01 mm＝‎0.900 mm.‎ ‎(4)由于R＝ρ＝ρ，解得ρ＝.‎ ‎[答案]　(1)ACDFH　(2)外　小　(3)0.900　(4) ‎　对数据处理和误差分析的考查 ‎　(高考江苏卷)某同学通过实验测量一种合金的电阻率．‎ ‎(1)用螺旋测微器测量合金丝的直径．为防止读数时测微螺杆发生转动，‎ 读数前应先旋紧如图甲所示的部件________(选填“A”“B”“C”或“D”)．从图中的示数可读出合金丝的直径为________mm.‎ 甲 乙 ‎(2)如图乙所示是测量合金丝电阻的电路，相关器材的规格已在图中标出．合上开关，将滑动变阻器的滑片移到最左端的过程中，发现电压表和电流表的指针只在图示位置发生很小的变化．由此可以推断：电路中________(选填图中表示接线柱的数字)之间出现了________(选填“短路”或“断路”) .‎ ‎(3)在电路故障被排除后，调节滑动变阻器，读出电压表和电流表的示数分别为2.23 V和38 mA，由此，该同学算出接入电路部分的合金丝的阻值为 58.7 Ω.为了更准确地测出合金丝的阻值，在不更换实验器材的条件下，对实验应作怎样的改进？ 请写出两条建议：‎ ‎①________________________________________________________________________；‎ ‎②________________________________________________________________________.‎ ‎[解析]　(1)螺旋测微器读数时应先将锁紧装置锁紧，即旋紧B.螺旋测微器的示数为(0＋41.0×0.01)mm＝‎0.410 mm.‎ ‎(2)电压表的示数不为零，电流表的示数几乎为零，说明连接两电表的电路是导通的．而滑动变阻器几乎不起作用，说明线路电阻很大，故可判断7、8、9间断路．‎ ‎(3)由题意知≈0.005<≈0.02，说明电流表的分压作用不显著，故可将电流表改为内接，并测出多组U、I值，求出Rx后，再取平均值作为实验结果．‎ ‎[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)‎ ‎　对本实验，除常规的伏安法测电阻外，还可对实验方案进行改进，提出下面几种测量方法：‎ ‎1．安安法 若电流表内阻已知，则可将其当做电流表、电压表以及定值电阻来使用．‎ ‎(1)如图甲所示，当两电表所能测得的最大电压接近时，如果已知A1的内阻R1，则可测得A2的内阻R2＝.‎ ‎(2)如图乙所示，当两电表的满偏电压UA2≫UA1时，A1串联一定值电阻R0后，同样可测得A2的电阻R2＝.‎ ‎2．伏伏法 若电压表内阻已知，则可将其当做电流表、电压表和定值电阻来使用．‎ ‎(1)如图甲所示，两电表的满偏电流接近时，若已知V1的内阻R1，则可测出V2的内阻R2＝R1.‎ ‎(2)如图乙所示，两电表的满偏电流IV1≪IV2时，V1并联一定值电阻R0后，同样可得V2的内阻R2＝.‎ ‎3．半偏法测电流表内阻 电路图如图所示 步骤：(1)断开S2，闭合S1，调节R0，使A表满偏为I0.‎ ‎(2)保持R0不变，闭合S2，调节R，使A表读数为.‎ ‎(3)由上可得RA＝R.‎ ‎4．等效替代法 如图所示，先让待测电阻与一电流表串联后接到电动势恒定的电源上，读出电流表示数I；然后将电阻箱与电流表串联后接到同一电源上，调节电阻箱的阻值，使电流表的读数仍为I，则电阻箱的读数即等于待测电阻的阻值．‎ ‎　(2015·高考全国卷Ⅱ)电压表满偏时通过该表的电流是半偏时通过该表电流的两倍．某同学利用这一事实测量电压表的内阻(半偏法)，实验室提供的器材如下：‎ 待测电压表V(量程3 V，内阻约为3 000 Ω)，电阻箱R0(最大阻值为99 999.9 Ω)，滑动变阻器R1(最大阻值100 Ω，额定电流2 A)，电源E(电动势6 V，内阻不计)，开关两个，导线若干．‎ ‎(1)虚线框内为该同学设计的测量电压表内阻的电路图的一部分，将电路图补充完整．‎ ‎(2)根据设计的电路，写出实验步骤：________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________.‎ ‎(3)将这种方法测出的电压表内阻记为R′V，与电压表内阻的真实值RV相比，R′V________RV(填“>”“＝”或“<”)，主要理由是________________________________________________________________________．‎ ‎[解析]　(1)因滑动变阻器阻值较小，所以选择滑动变阻器的分压接法．实验电路图如图所示．‎ ‎(2)移动滑动变阻器的滑片，以保证通电后电压表所在支路分压最小；闭合开关S1、S2，调节R1，使电压表的指针满偏；保持滑动变阻器滑片的位置不变，断开S2，调节电阻箱R0，使电压表的指针半偏；读取电阻箱所示的电阻值，此即为测得的电压表内阻．‎ ‎(3)断开S2，调节电阻箱使电压表成半偏状态，电压表所在支路总电阻增大，分得的电压也增大；此时R0两端的电压大于电压表的半偏电压，故R′V＞RV(其他合理说法也可以)．‎ ‎[答案]　见解析 本题考查了用半偏法测电压表的内阻，对实验的原理和分析理解能力进行了考查，对知识进行了迁移．另外本实验还可对误差进行分析．　 ‎