- 831.00 KB
- 2021-05-31 发布
- 1、本文档由用户上传,淘文库整理发布,可阅读全部内容。
- 2、本文档内容版权归属内容提供方,所产生的收益全部归内容提供方所有。如果您对本文有版权争议,请立即联系网站客服。
- 3、本文档由用户上传,本站不保证质量和数量令人满意,可能有诸多瑕疵,付费之前,请仔细阅读内容确认后进行付费下载。
- 网站客服QQ:403074932
2019届二轮复习 实验:决定导线电阻的因素 学案(全国通用)
1.实验目的
(1)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。
(2)会用伏安法测电阻,进一步测定金属的电阻率。
2.实验原理
由R=ρ得ρ=,因此,只要测出金属丝的长度和它的直径d,计算出横截面积S,并用伏安法测出电阻Rx,即可计算出金属丝的电阻率。
3.实验器材
被测金属丝,直流电源(4 V),电流表(0 0。6 A),电压表(0 3 V),滑动变阻器(50 Ω),开关,导线若干,螺旋测微器,毫米刻度尺。
4.实验步骤
(1)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被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)拆除实验线路,整理好实验器材。
(7)将测得的Rx、l、d值,代入公式R=ρ和S=中,计算出金属丝的电阻率。
5.注意事项
(1)先测直径,再连电路:为了方便,测量直径时应在金属丝连入电路之前测量。为了准确,应测量拉直悬空的连入电路的导线的有效长度,且各测量三次,取平均值。
(2)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。
(3)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。
(4)电流表外接法:本实验中被测金属丝的阻值较小,故采用电流表外接法。且测电阻时,电流不宜过大,通电时间不宜太长。
(5)电流控制:电流不宜过大,通电时间不宜过长,以免金属丝温度过高,导致电阻率在实验过程中变大。
(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)为准确求出R的平均值,应多测几组U、I数值,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。_X_X_
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 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。
突破点一、实验原理与操作
【题1】在测量金属丝电阻率的实验中,可供选用的器材如下:
待测金属丝:Rx(阻值约4 Ω,额定电流约0.5 A);
电压表:V(量程3 V,内阻约3 Ω);
电流表:A1(量程0.6 A,内阻约0.2 Ω);
A2(量程3 A,内阻约0.05 Ω);
电源:E1(电动势3 V,内阻不计);
E2(电动势12 V,内阻不计);
滑动变阻器:R(最大阻值约20 Ω);
螺旋测微器;毫米刻度尺;开关S;导线。
(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径,示数如图所示,读数为________mm。
(2)若滑动变阻器采用限流接法,为使测量尽量精确,电流表应选________,电源应选________(均填器材代号),在虚线框内完成电路原理图。
【答案】(1)1.773(1.771 1.775均正确) (2)A1 E1 见解析图
【题2】为了测量某待测电阻Rx的阻值(约为30 Ω),有以下一些器材可供选择。
电流表A1(量程0 50 mA,内阻约10 Ω);
电流表A2(量程0 3 A,内阻约0.12 Ω);
电压表V1(量程0 3 V,内阻很大);
电压表V2(量程0 15 V,内阻很大);
电源E(电动势约为3 V,内阻约为0.2 Ω);
定值电阻R(20 Ω,允许最大电流1.0 A);
滑动变阻器R1(0 10 Ω,允许最大电流2.0 A);
滑动变阻器R2(0 1 Ω,允许最大电流0.5 A);
单刀单掷开关S一个,导线若干。
(1)电流表应选________,电压表应选________,滑动变阻器应选________。(填字母代号)
(2)请在下面的虚线框内画出测量电阻Rx的实验电路图。(要求所测量范围尽可能大)
(3)某次测量中,电压表示数为U时,电流表示数为I,则计算待测电阻阻值的表达式为Rx=________。
【答案】(1)A1 V1 R1 (2)见解析图 (3)-R
(2)因为实验要求所测量范围尽可能大,所以滑动变阻器应采用分压接法;因为待测电阻Rx的阻值远小于电压表内阻,所以电流表采用外接法;为了使流过电流表的电流不超过其最大量程,即50 mA,应给待测电阻串联一个定值电阻R,起保护作用.实验原理图如图所示。
(3)根据欧姆定律可得Rx=-R。学
突破点二、数据处理与误差分析
【题3】为了更准确地测量某电压表的内阻RV(RV约为3.0×103 Ω),该同学设计了下图所示的电路图,实验步骤如下:
A.断开开关S,按图连接好电路;
B.把滑动变阻器R的滑片P滑到b端;
C.将电阻箱R0的阻值调到零;
D.闭合开关S;
E.移动滑动变阻器R的滑片P的位置,使电压表的指针指到3 V位置;
F.保持滑动变阻器R的滑片P位置不变,调节电阻箱R0的阻值使电压表指针指到1.5 V位置,读出此时电阻箱R0的阻值,此值即为电压表内阻RV的测量值;
G.断开开关S。
实验中可供选择的实验器材有:
a.待测电压表
b.滑动变阻器:最大阻值2 000 Ω
c.滑动变阻器:最大阻值10 Ω
d.电阻箱:最大阻值9 999.9 Ω,阻值最小改变量为0.1 Ω
e.电阻箱:最大阻值999.9 Ω,阻值最小改变量为0.1 Ω
f.电池组:电动势约6 V,内阻可忽略
g.开关、导线若干
按照这位同学设计的实验方法,回答下列问题:
(1)要使测量更精确,除了选用电池组、导线、开关和待测电压表外,还应从提供的滑动变阻器中选用________(填“b”或“c”),电阻箱中选用________(填“d”或“e”)。 学
(2)电压表内阻RV的测量值R测和真实值R真相比,R测________R真(填“>”或“<”);若RV越大,则越________(填“大”或“小”)。
【答案】(1)c d (2)> 小
【解析】(1)滑动变阻器选择分压式接法,故选择阻值较小的,c可用;电压表半偏时,所串联变阻箱电阻约为3 000 Ω,故变阻箱选择d。
(2)由闭合电路欧姆定律可知,随着电阻箱的阻值变大,电源两端的路端电压随之变大,当电阻箱调至使电压表半偏时,此时电压表与变阻箱两端的总电压比变阻箱阻值为0时要大,故此时变阻箱的实际分压是大于电压表的,故有R测>R真,外电阻越大,干路电流越小,当外电阻变化时,路端电压的变化量越小,故测量误差也越小。学
【题4】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,读数前应先旋紧图1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。
(2)图2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。
【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)
(2)7、9之间发生断路,则内阻较大的电压表和内阻较小的电流表一起串联于电路中,此时改变阻值较小的滑动变阻器阻值时,对电压表和电流表的示数影响很小,符合题述现象,同时满足两表读数。
(3)因为Rx=58.7 Ω>=30 Ω,所以应选用电流表内接法。为了减小偶然误差可测量多组电流和电压值,计算电阻的平均值。或测量多组电流和电压值,用图象法求电阻值。
【题5】为测定一段金属丝的电阻率ρ,某同学设计了如图甲所示的电路.ab是一段电阻率较大的粗细均匀的电阻丝,电路中的保护电阻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。
(1)实验中用螺旋测微器测得电阻丝的直径如图乙所示,其示数为d=________ mm。
(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,如图所示.试作出其关系图线,图象中直线的斜率的表达式=________(用题中字母表示),由图线求得电阻丝的电阻率ρ为________ Ω·m(保留两位有效数字)。
②根据-x关系图线纵轴截距的物理意义,可求得电源的内阻为________ Ω(保留两位有效数字)。
【答案】(1)0.400 (2)①图线见解析图 1.1×10-6 ②1.4
根据图象由电阻定律可得R=ρ,由欧姆定律可得:R=,则图象斜率 =,S=
联立解得: ==
代入数据得: ==3
联立解得电阻率为:ρ=
代入数据得:ρ≈1.1×10-6 Ω·m;
突破点三、实验的改进与创新
1.实验原理的创新
(1)教材中实验是测量金属丝的电阻率,而本实验是采用教材实验的原理测定导线的长度。
(2)考查本实验的题目还可以将测金属丝的电阻率,改为测圆柱体金属、圆桶形薄片、电解液等的电阻率。
(3)测量电阻时还可应用等效替代法、半偏法、多用电表、电桥法、双电流表法、双电压表法等。
2.实验器材的创新
(1)本实验考虑导线电阻Rx较小,而未直接测量Rx的阻值,而是测量Rx与定值电阻的串联阻值。
(2)实验中若没有螺旋测微器测电阻丝的直径,可将电阻丝紧密的缠绕在圆柱形铅笔上30 50匝,测总长度,然后求出直径。
【题6】某同学测量一个圆柱体的电阻率,需要测量圆柱体的尺寸和电阻。
(1)分别使用游标卡尺和螺旋测微器测量圆柱体的长度和直径,某次测量的示数如图(a)和图(b)所示,长度为________ cm,直径为________ mm。
(2)按图(c)连接电路后,实验操作如下:
(a)将滑动变阻器R1的阻值置于最________处(填“大”或“小”);将S2拨向接点1,闭合S1,调节R1,使电流表示数为I0;
(b)将电阻箱R2的阻值调至最________(填“大”或“小”),将S2拨向接点2;保持R1不变,调节R2,使电流表示数仍为I0,此时R2阻值为1 280 Ω;
(3)由此可知,圆柱体的电阻为________ Ω。
【答案】(1)5.01 5.315 (2)(a)大 (b)大(3)1 280
(2)(a)为了保护电流表,在接通电路之前,要使电路中的总电阻尽可能大,然后慢慢减小电路中的电阻。
(b)为使电路电流较小,使电流表示数逐渐变大,电阻箱阻值也应先调至最大。
(3)将S1闭合,S2拨向接点1时,其等效电路图如图甲所示。
学
当S2拨向2时,其等效电路图如图乙所示。
由闭合电路欧姆定律知I=,当I相同均为I0时,R2=R圆柱体,所以R圆柱体=1 280 Ω。 .
【题7】现在要测量一段电阻丝的电阻率ρ,其阻值Rx≈0.5 Ω,允许通过的最大电流为0.5 A。现有如下器材可供选择: .
电流表A(量程0.6 A,内阻约为0.6 Ω)
电压表V(量程3 V,内阻约为3 Ω)
待测的电阻丝Rx(阻值约为0。5 Ω)
标准电阻R0(阻值5 Ω)
滑动变阻器R1(5 Ω,2 A)
滑动变阻器R2(200 Ω,1.5 A)
直流电源E(E=6 V,内阻不计)
开关S、导线若干
(1)图甲为四位同学分别设计的“测量部分”的电路,你认为合理的是________。
(2)实验中滑动变阻器应该选择________(选填“R1”或“R2”),并采用________接法。
(3)根据你在(1)、(2)中的选择,在图乙上完成实验电路的连接。
(4)某次测量中,电压表示数为U时,电流表示数为I,则计算待测电阻丝的电阻率的表达式为ρ=________。
(5)用螺旋测微器测量电阻丝的直径,其中某一次测量结果如丙图所示,其读数应为________。
【答案】(1)C (2)R1 分压 (3)见解析图 (4) (5)1.205 mm(1.203 mm 1.207 mm均正确)
(2)滑动变阻器若选用R2限流接法,电流调控范围小,操作不便,所以应选择R1,并采用分压接法。(3)根据测量电路图和滑动变阻器的分压式接法,实物连线如图所示。
(4)待测电阻Rx=-R0,由电阻定律有Rx==,联立解得ρ=。
(5)螺旋测微器的读数为1 mm+0.01×20.5 mm=1.205 mm。