浙江省2021版高考物理一轮复习实验微讲座3电学实验实验八探究导体电阻与其影响因素包括材料的关系教案 1 12页

实验八　探究导体电阻与其影响因素(包括材料)的关系 一、实验目的 ‎1．掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法．‎ ‎2．掌握螺旋测微器的使用方法和读数方法．‎ ‎3．学会利用伏安法测电阻，进一步测出金属丝的电阻率．‎ 二、实验原理 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.‎ 三、实验器材 被测金属丝、螺旋测微器、毫米刻度尺、电池组、电流表、电压表、滑动变阻器、开关、导线若干．‎ 四、螺旋测微器、游标卡尺的使用 ‎1．螺旋测微器的构造原理及读数 ‎(1)螺旋测微器的构造：如图所示是常用的螺旋测微器．它的测砧A和固定刻度B固定在尺架C上．旋钮D、微调旋钮D′和可动刻度E、测微螺杆F连在一起，通过精密螺纹套在B上．‎ ‎(2)螺旋测微器的原理：测微螺杆F与固定刻度B之间的精密螺纹的螺距为0.5mm，即旋钮D每旋转一周，F前进或后退0.5mm，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0.01mm，即螺旋测微器的精确度为0.01mm.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．‎ ‎(3)读数：测量时被测物体长度的整毫米数由固定刻度读出，小数部分由可动刻度读出．‎ 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)‎ 如图所示，固定刻度示数为2.0mm，不足半毫米而从可动刻度上读的示数为15.0，最后的读数为：2.0mm＋15.0×0.01mm＝2.150mm.‎ 12‎ ‎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1mm.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 ‎1mm的差值 精确度 ‎(可准确到)‎ ‎10‎ ‎9mm ‎0.1mm ‎0.1mm ‎20‎ ‎19mm ‎0.05mm ‎0.05mm ‎50‎ ‎49mm ‎0.02mm ‎0.02mm ‎(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的与主尺上某一刻线对齐的游标格数，则记录结果表达为(x＋K×精确度)mm.‎ 五、伏安法测电阻 ‎1．电流表的内接法和外接法的比较 内接法 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＝＝＜Rx，测量值小于真实值 适用 条件 RA≪Rx RV≫Rx 12‎ 适用于测量 大阻值电阻 小阻值电阻 ‎2.两种电路的选择 ‎(1)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Rx较小，宜采用电流表外接法；若Rx较大，宜采用电流表内接法．简单概括为“大内偏大，小外偏小”．‎ ‎(2)临界值计算法 Rx<时，用电流表外接法；‎ Rx>时，用电流表内接法．‎ ‎(3)实验试探法：按图所示接好电路，让电压表一根接线柱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．‎ 六、实验步骤 ‎1．直径测定：用螺旋测微器在被测金属导线上的三个不同位置各测一次直径，求出其平均值d，计算出导线的横截面积S＝.‎ ‎2．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．‎ ‎3．长度测量：用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属导线的有效长度，反复测量3次，求出其平均值l.‎ ‎4．U、I测量：把滑动变阻器的滑动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S，改变滑动变阻器滑动片的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值，记入表格内，断开开关S.‎ ‎5．拆去实验线路，整理好实验器材．‎ 七、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＝.‎ 12‎ 八、注意事项 ‎1．本实验中被测金属导线的电阻值较小，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、待测金属导线、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导线的两端．‎ ‎3．测量被测金属导线的有效长度，是指测量待测导线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导线长度，测量时应将导线拉直，反复测量三次，求其平均值．‎ ‎4．测金属导线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，通过待测导线的电流强度I不宜过大(电流表用0～0.6A量程)，通电时间不宜过长，以免金属导线的温度明显升高，造成其电阻率在实验过程中逐渐增大．‎ ‎7．求R的平均值时可用两种方法：第一种是用R＝算出各次的测量值，再取平均值；第二种是用图象(U－I图线)来求出．若采用图象法，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．‎ 九、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．‎ ‎ 　对实验原理与操作的考查 ‎【典题例析】‎ ‎　(2020·金华质检)某同学通过实验测定一个阻值约为5Ω的电阻Rx的阻值．‎ ‎(1)现有电源(4V，内阻可不计)、滑动变阻器(0～50Ω，额定电流2A)、开关和导线若干，以及下列电表：‎ A．电流表(0～3A，内阻约0.025Ω)‎ B．电流表(0～0.6A，内阻约0.125Ω)‎ C．电压表(0～3V，内阻约3kΩ)‎ D．电压表(0～15V，内阻约15kΩ)‎ 为减小测量误差，在实验中，电流表应选用________，‎ 12‎ 电压表应选用________(选填器材前的字母)；实验电路应采用图中的________(选填“甲”或“乙”)．‎ ‎(2)图丙是测量Rx的实验器材实物图，图中已连接了部分导线．请根据在(1)问中所选的电路图，补充完成图中实物间的连线．‎ ‎(3)接通开关，改变滑动变阻器滑片P的位置，并记录对应的电流表示数I、电压表示数U.某次电表示数如图丁所示，可得该电阻的测量值Rx＝＝________Ω(保留两位有效数字)．‎ ‎(4)若在(1)问中选用甲电路，产生误差的主要原因是________；若在(1)问中选用乙电路，产生误差的主要原因是________．(选填选项前的字母)‎ A．电流表测量值小于流经Rx的电流值 B．电流表测量值大于流经Rx的电流值 C．电压表测量值小于Rx两端的电压值 D．电压表测量值大于Rx两端的电压值 ‎(5)在不损坏电表的前提下，将滑动变阻器滑片P从一端滑向另一端，随滑片P移动距离x的增加，被测电阻Rx两端的电压U也随之增加，下列反映U－x关系的示意图中正确的是________．‎ ‎[解析]　(1)电源电动势E＝4V，被测电阻Rx≈5Ω，则Imax＝＝A＝0.8A，电流表若选A，读数时误差较大，因此电流表应选B；考虑电压表测量电压时的指针转动范围，‎ 12‎ 电压表应选C.由于>Rx，故电流表应选择外接法(甲图)．‎ ‎(3)题图的电流表示数I＝0.50A，电压表示数U＝2.60V，故Rx＝＝5.2Ω.‎ ‎(4)甲电路中产生误差的原因是由于电压表的分流作用，使电流表的示数大于流过Rx的电流，选项B正确；乙电路的误差来源于电流表的分压作用，电压表示数为Rx和电流表的电压之和，选项D正确．‎ ‎(5)x增加，U随之增加，说明变阻器接入电路的电阻R随x的增加而减小．设变阻器的总阻值为R0，滑片P从一端滑向另一端移动的距离为L.忽略电压表、电流表的内阻对电路的影响，则被测电阻Rx两端电压U＝E＝，由这一关系式分析可知，选项A正确．‎ ‎[答案]　(1)B　C　甲　(2)如图所示 ‎(3)5.2　(4)B　D　(5)A ‎　(2020·丽水质检)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”)．从图甲中的示数可读出合金丝的直径为________mm.‎ 甲 12‎ 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________(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2.23V和38mA，由此，该同学算出接入电路部分的合金丝的阻值为58.7Ω.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＝0.410mm.‎ ‎(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)‎ ‎　对实验数据处理的考查 ‎【典题例析】‎ ‎　(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图甲所示，读数为________mm.‎ ‎　‎ ‎(2)如图乙所示的三把游标卡尺，它们的游标尺从上至下分别为9mm长10等分、19mm长20等分、49mm长50等分，它们的读数依次为________mm，________mm，________mm.‎ ‎(3)①图丙使用0.6A量程时，对应刻度盘上每一小格代表________A，图中表针示数是________A；当使用3A量程时，对应刻度盘中每一小格代表________A，‎ 12‎ 图中表针示数为________A.‎ ‎②图丁使用较小量程时，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.‎ ‎(4)旋钮式电阻箱如图戊所示，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2087Ω，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________________________________________________________________________．‎ ‎[解析]　(1)螺旋测微器固定刻度读数为1.5mm，可动刻度读数为27.3×0.01mm＝0.273mm，读数应为：1.5mm＋0.273mm＝1.773mm.‎ ‎(2)最上面图读数：整毫米读数是17mm，不足1毫米读数是7×0.1mm＝0.7mm，最后结果是17mm＋0.7mm＝17.7mm.‎ 中间图读数：整毫米读数是23mm，不足1毫米读数是17×0.05mm＝0.85mm，最后结果是23mm＋0.85mm＝23.85mm.‎ 最下面图读数：整毫米读数是3mm，不足1毫米读数是9×0.02mm＝0.18mm，最后结果是3mm＋0.18mm＝3.18mm.‎ ‎(3)①使用0.6A量程时，刻度盘上的每一小格为0.02A，表针示数为0.44A；当使用3A量程时，每一小格为0.1A，表针示数为2.20A.‎ ‎②电压表使用3V量程时，每小格表示0.1V，表针示数为1.70V；使用15V量程时，每小格表示0.5V，表针示数为8.5V.‎ ‎(4)电阻为1987Ω.最简单的操作方法是将“×1k”旋钮调到2，再将“×100”旋钮调到0.每个电阻箱的最大阻值是9999Ω，用这样的两个电阻箱串联可得到的最大电阻是2×9999Ω＝19998Ω.故用两个这样的电阻箱，可得到的电阻值范围为0～19998Ω.‎ ‎[答案]　(1)1.773　(2)17.7　23.85　3.18‎ ‎(3)①0.02　0.44　0.1　2.20‎ 12‎ ‎②0.1　1.70　0.5　8.5‎ ‎(4)1987　将“×1k”旋钮调到2，再将“×100”旋钮调到0　0～19998Ω ‎　某同学做“探究导体电阻与其影响因素的关系”的实验，步骤如下：‎ ‎(1)用游标尺为20分度的游标卡尺测量某圆柱导体的长度，如图甲所示，由图可知其长度为________mm.‎ ‎(2)用螺旋测微器测量其直径如图乙所示，由图可知其直径为________mm.‎ ‎(3)用多用电表的电阻“×10”挡，按正确的操作步骤测此圆柱体的电阻，表盘的示数如图丙所示，则该圆柱体的阻值约为________Ω.‎ ‎(4)该同学想用伏安法更精确地测量其电阻R，现有的器材及其代号和规格如下：‎ A．待测圆柱体电阻R；‎ B．电流表A1(量程0～4mA，内阻约50Ω)；‎ C．电流表A2(量程0～20mA，内阻约30Ω)；‎ D．电压表V1(量程0～3V，内阻约10kΩ)；‎ E．电压表V2(量程0～15V，内阻约25kΩ)；‎ F．直流电源E(电动势4V，内阻不计)；‎ G．滑动变阻器R1(阻值范围0～15Ω，允许通过的最大电流2.0A)；‎ H．滑动变阻器R2(阻值范围0～2kΩ，允许通过的最大电流0.5A)；‎ I．开关S；‎ J．导线若干．‎ 为使实验误差较小，要求测得多组数据进行分析，请在虚线框中画出测量的电路图，并标明所用器材的代号．‎ 12‎ ‎(5)若该同学用伏安法跟用多用电表测量得到的R测量值几乎相等，由此可估算此圆柱体材料的电阻率约为ρ＝________Ω·m.(保留两位有效数字)‎ 解析：(1)主尺读数为50mm，游标尺上第3条刻度线与主尺对齐，读数为3×0.05mm＝0.15mm，则长度为50.15mm.‎ ‎(2)螺旋测微器固定刻度读数为4.5mm，可动刻度读数为0.200mm，则直径为4.700mm.‎ ‎(3)电阻的阻值R＝22×10Ω＝220Ω.‎ ‎(4)电源电动势为4V，电压表选V1，电阻中最大电流约为Imax≈＝A≈18mA，则电流表选A2，若采用限流接法，所给定的滑动变阻器R1太小，R2太大，都不便于调节，故必须采用分压接法，滑动变阻器应选择R1，电路图如答案图所示．‎ ‎(5)由电阻定律R＝ρ，S＝πd2，‎ 代入解得ρ＝0.076Ω·m.‎ 答案：(1)50.15　(2)4.700‎ ‎(3)220　(4)如图所示 ‎(5)7.6×10－2‎ 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．‎ 12‎ ‎(1)0～3V的电压表和0～3A的电流表读数方法相同，此量程下的精确度是0.1V或0.1A，看清楚指针的实际位置，读到小数点后面两位．‎ ‎(2)对于0～15V量程的电压表，精确度是0.5V，在读数时只要求读到小数点后面一位，即读到0.1V．　‎ ‎1．分别用如图甲、乙两种电路测量同一未知电阻的阻值．图甲中两表的示数分别为3V、4mA，图乙中两表的示数分别为4V、3.9mA，则待测电阻Rx的真实值为(　　)‎ A．略小于1kΩ　　　　　　　 B．略小于750Ω C．略大于1kΩ D．略大于750Ω 解析：选D.先判断采用的测量方法，由于在两种不同的接法中电压表的示数变化大，说明测量的是小电阻，这样电流表分压较大，应该采用甲图进行测量比较准确．甲图中测量值较真实值偏小．‎ ‎2．(2020·湖州检测)完成下列读数：‎ a．________mm　b．________mm　c．________mm　‎ d．________mm 答案：0.482(0.481～0.483)　0.532(0.531～0.533)‎ ‎4．078(4.076～4.078)　5.666(5.665～5.667)‎ ‎3．(2020·浙江六校联考)现要测定一段粗细均匀、电阻约为60Ω的合金丝的电阻率，若已测得其长度，要尽量精确的测量其电阻值R，器材有：‎ 电池组(电动势3.0V，内阻约1Ω)；‎ 电流表(量程0～100mA，内阻约0.5Ω)；‎ 电压表(量程0～3V，内阻约3kΩ)；‎ 滑动变阻器R1(0～10Ω，允许最大电流2.0A)；‎ 滑动变阻器R2(0～500Ω，允许最大电流0.5A)；‎ 开关一个、导线若干．‎ 12‎ ‎(1)以上器材中，所用的滑动变阻器应选________．(选填“R1”或“R2”)‎ ‎(2)用螺旋测微器测量合金丝直径时的刻度位置如图甲所示，读数为________mm.‎ ‎(3)如图乙所示是测量合金丝电阻的电路，闭合开关之前，滑动变阻器的滑片应移到________．(选填“最左端”或“最右端”)‎ ‎(4)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，对实验应改进的是________．(填选项前的字母)‎ A．电流表连接方式改为内接法 B．滑动变阻器连接方式改为限流式 解析：(1)为测多组实验数据，滑动变阻器需要采用分压式接法，为方便实验操作，滑动变阻器应选择R1.‎ ‎(2)由图示螺旋测微器可知，其示数为：‎ ‎0．5mm＋20.3×0.01mm＝0.703mm.‎ ‎(3)由题图所示电路可知，滑动变阻器采用分压接法，为保护电路，闭合开关前滑片应置于最右端．‎ ‎(4)＝＝120，＝＝50，＞，‎ 因此电流表应采用内接法，故选A.‎ 答案：(1)R1　(2)0.703　(3)最右端　(4)A 12‎