第三单元第三单元 实验与探究实验与探究第第3课时课时 实验：测定金属的电阻率实验：测定金属的电阻率 选修3-1 基础回顾基础回顾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(2)掌握螺旋测微器的使用和读数方法(3)会用伏安法测电阻，进一步测定金属的电阻率2实验原理(1)电阻率的测定原理把金属丝接入如右图所示的电路中，用电压表测金属丝两端的电压，用电流表测金属丝中的电流，根据 计算金属电阻Rx，然后用米尺测量金属丝的长度L，用螺旋测微器测量金属丝的直径d，计算出横截面积S；根据电阻定律Rx ，得出计算金属丝电阻率的公式 _.(2)螺旋测微器的构造原理及读数螺旋测微器的构造如下图所示是常用的螺旋测微器它的小砧A和固定刻度G固定在框架F上，测微螺杆P、可动刻度H、调动旋钮K和微调旋钮K连在一起螺旋测微器的原理固定刻度G之间的精密螺纹的螺距为0.5 mm，即旋钮K每旋转一周，P前进或后退0.5 mm，而可动刻度H上的刻度为50等份，因此每等分为0.01 mm，即可动刻度的精确度为0.01 mm.读数时要估读至毫米的千分位上，因此，螺旋测微器又叫千分尺读数：测量时被测物体长度的半毫米的整数倍部分由固定刻度读出，不足半毫米部分由可动刻度读出测量值(毫米)_数(毫米)(注意半毫米刻度线是否露出)_数0.01(毫米)_位上的估读3实验器材被测金属丝、毫米刻度尺、螺旋测微器、电流表、电压表、滑动变阻器、电池组、开关、导线若干4实验步骤(1)用螺旋测微器三次测量金属丝不同位置的直径取平均值d，求出其横截面积Sd2/4.(2)将金属丝两端固定在接线柱上悬空拉直，用毫米刻度尺测量接入电路的金属丝长度，测三次，求出平均值L.(3)根据所选测量仪器和选择电路的原则画好电路图(如前面介绍所示)，然后依电路图按顺序给实物连线并将滑动变阻器的阻值调到最大 (4)检查线路无误后闭合单刀开关，调节滑动变阻器读出几组I、U值，分别计算电阻R再求平均值，设计表格，把测量的d、L、U、I填空 (5)数据处理，将测得的d、L、U、I的值，代入电阻率的计算式 Rx中，计算出金属丝的电阻率(6)拆除电路，整理好实验器材 5注意事项 (1)器材的选取应遵从安全、准确、操作方便的原则可以先估算出电路中的电流强度，然后再选取合适量程的电流表和电压表等器材 (2)测量长度时，要测量接入电路中的金属丝的长度，而不是测量金属丝的全长 (3)螺旋测微器的最小分度0.01 mm，应估读到0.001 mm.(4)金属丝的电阻和电流表的内阻相差不很大，因此在用伏安法测电阻时应采用电流表的外接法，开始实验时滑动变阻器在电路中的阻值应调至最大，实验过程中通过金属丝的电流不宜过大，以防止温度升高电阻率发生变化(5)本实验由于电流表量程00.60 A，测量时通过金属丝的电流应控制在0.6 A以下，每次通电时间应尽量短(以能读取电表数据为准)，读数完毕立即断开单刀开关，防止温度升高使金属丝长度和电阻率发生明显变化(6)求R平均值有两种方法：第一种是用RU/I算出各次测量值，再取平均值第二种是图象法，用UI图线的斜率来表示在描点连线时，要让尽可能多的点在直线上，其余各点均匀分布在直线两侧，个别偏离较远的点舍去答案：2(1) Rx(2)固定刻度可动刻度千分要点深化要点深化(1)两种测量电阻的电路图及存在误差下图(a)叫电流表内接法；下图(b)叫电流表外接法对电流表内接法来说，由于电流表的分压作用，导致测量值偏大；对电流表外接法来说，由于电压表的分流作用，导致测量值偏小(2)两种测量电阻电路的选择阻值比较法：先将待测电阻的估计值与电压表、电流表的内阻进行比较，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概括为“高阻内接、低阻外接”临界值计算法：若已知待测电阻的大致阻值Rx，电流表的内阻RA和电压表的内阻RV，则：当 时，选用“内接法”；当 时，选用“外接法实验试触法：若不知Rx的大约阻值，可采用“试触法”将电路按如右图所示连接，抽出电压表的一个接头P，然后将P分别与a、b接触一下，观察两表示数变化情况a若电流表示数变化明显，电压表分流作用较强，即Rx阻值较大，应采用“内接法”，P应接b.b若电压表示数变化明显，说明电流表分压作用较强，即Rx阻值较小，应采用“外接法”，P应接a.(二)控制电路(1)两种控制电路及其作用供电电路一般由电源和滑动变阻器按一定的连接方式组成，滑动变阻器在供电电路中有两种连接方式：上图(a)叫限流式；上图(b)叫分压式限流式可省一个耗电支路，有节能的作用；分压式可使测量电路获得从零至很大的电压(或电流)调节范围供电电路一般由电源和滑动变阻器按一定的连接方式组成，滑动变阻器在供电电路中有两种连接方式：上图(a)叫限流式；上图(b)叫分压式限流式可省一个耗电支路，有节能的作用；分压式可使测量电路获得从零至很大的电压(或电流)调节范围(2)两种控制电路的选择待测电阻的阻值Rx远大于变阻器的总电阻R，须采用分压式接法要求待测电阻Rx上的电压或电流变化范围较大，且从零开始连续可调，须用分压式接法待测电阻的阻值Rx小于变阻器总电阻R或相差不多，且电压、电流变化不要求从零调起时，可采取限流接法两种电路均可使用的情况下，应优先采用限流式接法，因为其节省能量特殊问题中还要根据电压表和电流表量程以及滑动变阻器本身和电源允许通过的最大电流值来计算确定，以保护仪器，减少误差的连接方式为好(三)测量电阻的若干新方法1安安法测电阻若电流表内阻已知，则可当作电压表来使用(1)若已知电流表A1的内阻R1，当两表的满偏电压接近时可按右图连接，由两电流表的读数可测得电流表A2的内阻R2 .(2)若已知电流表A1的内阻R1，当两电表的满偏电压UA2UA1时，电流表A1要先串联一定值电阻R0使两支路的电压相近再按右图连接，由两电流表的读数可测得电流表A2的内阻R2 .2伏伏法测电阻电压表内阻已知，则可当作电流表来使用(1)若已知电压表V1的内阻R1，当两表的满偏电流接近时可按右图连接，由两电压表的读数可测得电压表V2的内阻R2 .(2)若已知电压表V1的内阻R1，当两电表的满偏电流IV1IV2时，电压表V1要先并联一定值电阻R0使两电表指针偏转相接近，由两电压表的读数可测得电压表V2的内阻R2 .3电阻箱当电表使用(1)电阻箱当电压表使用如图所示，可测得电流表A2的内阻R2 .图中借助电阻箱R可测得电流表A2两端的电压(I1I2)R，起到了测定电压的作用 (2)电阻箱当电流表使用如图所示，若已知电压表的内阻RV，读得电阻箱阻值R，则可测得干路电流为I .图中电阻箱与电压表配合使用起到了测电流的作用4替代法测电阻如图所示，开关S1先闭合S2先断开(1)S2接1，调节滑动变阻器R使电流表示数超过其量程的1/3，记下此时电流表的示数为I1；(2)S2接2，滑动变阻器R不动，调节电阻箱R0，使电流表的示数仍为I1，记下此时电阻箱的读数为R1；(3)由此可得RxR1.该方法的优点是消除了电流表内阻对测量的影响，缺点是电阻箱的电阻不能连续变化题型一 探究电阻测量的实验仪器选择及原理图等在“测定金属导线的电阻率”的实验中，待测导线的电阻Rx约为5 ，额定电流约为0.6 A实验室备有下列实验器材：A电压表V1(量程3 V，内阻rV115 k)B电压表V2(量程15 V，内阻rV275 k)C电流表A1(量程0.6 A，内阻rA11 )D电流表A2(量程3 A，内阻rA20.2 )E滑动变阻器R1(010 ，2.0 A)F滑动变阻器R2(0200 ，0.1 A)G电池E(电动势为9 V，内阻约为0.2 )H开关、导线若干(1)为提高实验精确度，减小实验误差，应选用的实验器材有_；(2)为减小实验误差，应选下面两个图中_图为该实验的电路原理图(3)若用刻度尺测得金属导线长度为L60.00 cm，用螺旋测微器测得的导线直径如图(a)所示，则该导线的直径是d_ mm；电压表接03 V量程时指针所指的位置如图(b)所示，则电压为U_ V；电流表接00.6 A量程时指针所指的位置如图(c)所示，则电流I_A.(4)该金属丝的电阻率_(结果用科学记数法，系数保留整数)解析：(1)由于待测导线电阻的额定电流及额定电压较小，故要选择量程小的电压表和电流表；而实验电流要接近0.6 A，高电阻的滑阻器耐流小，故要选择低阻滑阻器故仪器应选择A、C、E、G、H.(2)由于待测电阻为低阻，故测量电路采用电流表外接法；由于电源电动势达到9 V，若控制电路采用限流接法，当把滑动变阻器的阻值调至最大时，电路的电流I 0.56 A，而电路电流限制在0.6 A内，这样电流表示数的可变范围仅为0.56 A0.6 A，实验误差较大，控制电路不能采用限流接法，要采用分压式接法故应选乙图(3)螺旋测微器读数时先读出固定刻度为 0 mm，再读出可动刻度38.00.01 mm0.380 mm(最末一位是估读的)，两数相加(00.380) mm0.380 mm(读数范围为0.378 mm0.383 mm)电压表03 V量程精确到0.1 V，可估计一位到0.01 V，故读得1.55V.电流表00.6 A量程最小刻度为0.02 A，由于指针对在某格中间时已属于估读，指针对齐某条刻度线时就不必估计一位，即结果保留小数点后两位数字即可，故读得0.32 A该待测电阻的阻值为Rx 4.8 (4)根据电阻定律可得该金属丝的电阻率 答案：(1)A、C、E、G、H(2)乙(3)0.380 mm(读数范围为0.378 mm0.383 mm)1.55 V0.32 A(4)9107 m点评：该题滑动变阻器分压式接法和限流接法选择往往没有进行分析计算就会错选限流式接法，这是同学们要注意的而0.6 A量程的电流表由于读数的统一性，只读至小数点后二位即可电压表若选量程为15 V，则读至小数点后1位即可题型训练题型训练1用伏安法测量一个阻值约为20 的未知电阻Rx的阻值(1)在以下备选器材中，电流表应选用_，电压表应选用_，滑动变阻器应选用_(填写器材的字母代号)电源E(电动势3 V、内阻可忽略不计)电流表A1(量程050 mA，内阻约12 )电流表A2(量程03 A，内阻约0.12 )电压表V1(量程03 V，内阻约3 k)电压表V2(量程015 V，内阻约15 k)滑动变阻器R1(010 ，允许最大电流2.0 A)滑动变阻器R2(01000 ，允许最大电流0.5 A)定值电阻R(30 ，允许最大电流1.0 A)开关、导线若干(2)请在右边的虚线框中画出测量电阻Rx的实验电路图(要求所测量值的变化范围尽可能大一些，所用器材用对应的符号标出)(3)某次测量中，电压表读数为U时，电流表读数为I，则计算待测电阻阻值的表达式Rx_. 解析：由于电源电动势为3 V，故电压表选择量程为3 V的V1；若电源的电压全部给未知电阻Rx，则电路的电流I 0.15 A150 mA.故电流表选择量程为50 mA的A1，一可以通过加入定值电阻R降低电流，保护电流表；二可以采用滑动变阻器分压式接法进行调整，也符合所测量值的变化范围尽可能大一些的题中要求根据分压式接法要求滑阻一般小于被测电阻，所以选择滑动变阻器R1.由于被测为低阻，故电流表要外接；若电压表只与被测电阻并联，则电压表的示数偏低(低于 3 V1.2 V)，故把定值电阻与被测电阻串联后再与电压表并联，提高读数的准确度 答案：(1)A1V1R1(2)要分压；要用定值电阻与待测电阻串联；要电流表外接，如图所示：题型二 实物连接问题及数据处理等连接实物的基本方法：(1)画出实验电路图；(2)分析各元件连接方式，明确电表量程；(3)画线连接各元件，一般先从电源正极开始，到开关，再到滑动变阻器等，按顺序以单线连接方式将主电路中要串联的元件依次串联起来；其次将要并联的元件再并联到电路中去；连接完毕，应进行检查，检查电路应按照连线的方法和顺序 (2009年广东卷)某实验小组利用实验室提供的器材探究一种金属丝的电阻率所用的器材包括：输出为3 V的直流稳压电源(即电源的内电阻不计)、电流表、待测金属丝、螺旋测微器(千分尺)、米尺、电阻箱、开关和导线等(1)他们截取了一段金属丝，拉直后固定在绝缘的米尺上，并在金属丝上夹上一个小金属夹，金属夹可在金属丝上移动请根据现有器材，设计实验电路，并连接电路实物图(a)(2)实验的主要步骤如下：正确链接电路，设定电阻箱的阻值，开启电源，合上开关；读出电流表的示数，记录金属夹的位置；断开开关，_，合上开关，重复的操作(3)该小组测得电流与金属丝接入长度关系的数据，并据此绘出了图(b)的关系图线，其斜率为_ A1m1 (保留三位有效数字)；图线纵轴截距与电源电动势的乘积代表了_的电阻之和(4)图(b)中图线的斜率、电源电动势和金属丝横截面积的乘积代表的物理量是_解析：(1)因要求电流是变化的，故连接金属丝时其中一端要接在金属夹上设计电路图如右图所示：(2)注意各个步骤的联系，调节、闭合开关、读数是一体化的；(3)图线取两点(0.6,11)、(0.3,7.8)计算斜率 A1m110.7 A1m1；答案：(1)电路实物图连接如图所示： (2)改变金属丝上金属夹的位置(3)10.010.8；金属丝接入长度为零时全电路(或电阻箱、电流表)(4)金属丝的电阻率题型训练题型训练2为检测一个滑动变阻器Rx标准值(约10 )，请根据图乙摆放的仪器在图甲的方框内设计一个电路图，要求所测量值的变化范围尽可能大一些，并根据设计的电路完成未完成的实物连接解析：由于被检测滑动变阻器为低阻，故电流表采用外接法；由于要求所测量值的变化范围尽可能大一些，故滑动变阻器采用分压式接法连接实物图时注意电表的极性及分清滑动变阻器是待检测的那个是在控制电路中的；待测滑阻器要连接在最大阻值的接线柱上答案：祝祝您