人教版高考物理一轮复习第8章恒定电流实验10测定金属的电阻率课件

这是一份人教版高考物理一轮复习第8章恒定电流实验10测定金属的电阻率课件，共60页。PPT课件主要包含了实验原理与要求，线若干，答案213等内容，欢迎下载使用。

一、实验目的1．掌握螺旋测微器的原理及读数方法。2．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。3．会用伏安法测电阻，并能测定金属丝的电阻率。
[基本实验要求]1．实验原理根据电阻定律公式知道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。2．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。
3．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。
2．注意事项(1)先测直径，再连电路：为了方便，测量直径应在金属丝连入电路之前测量。(2)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。(3)测量金属丝的有效长度：测量时应将金属丝接入电路并拉直，测量待测金属丝接入电路的两个端点之间的长度。(4)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。
3．误差分析(1)测量电阻时采用外接法，电压表分流产生误差。(2)长度和直径的测量产生误差。
命题点一　教材原型实验　 实验原理与操作[典例1]　某学生用如图甲所示的电路测金属导线的电阻率，可供使用的器材有：被测金属导线ab，电阻约10 Ω，允许流过的最大电流为0.8 A；稳恒电源E，电源输出电压恒为E＝12 V；电压表V，量程为3 V，内阻约5 kΩ；保护电阻，R1＝10 Ω，R2＝30 Ω，R3＝200 Ω；刻度尺、螺旋测微器，开关S，导线若干等。
实验时的主要步骤如下：①用刻度尺量出导线ab的长度l，用螺旋测微器测出导线的直径d。②按如图甲所示电路将实验所需器材用导线连接好。③闭合开关S，移动接线触片P，测出aP长度x，读出电压表的示数U。④描点作出U-x图线求出金属导线的电阻率ρ。
完成下列填空：(1)用螺旋测微器测量金属导线的直径d，其示数如图乙所示，该金属导线的直径d＝________ mm。(2)如果实验时既要保证安全，又要测量误差较小，保护电阻R应选________。(3)根据多次实验测出的aP长度x和对应每次实验读出的电压表的示数U画出的Ux图线如图丙所示，其中图线的斜率为k，则金属导线的电阻率ρ＝________。(用实验器材中给出的物理量字母和实验步骤中测出的物理量字母表示)
[典例2]　小张同学打算测量由某种合金材料制成的金属丝的电阻率ρ，待测金属丝的横截面为圆形。实验器材有：毫米刻度尺、螺旋测微器、电压表(内阻约几千欧)、电流表(内阻约几欧)、滑动变阻器、电源、开关、待测金属丝及导线若干。
(1)用毫米刻度尺测量待测金属丝的长度，用螺旋测微器测量其直径，结果分别如图1和图2所示，可得其长度L＝________ cm，直径D＝________mm。
[解析]　(1)待测金属丝长度测量值为59.40 cm；螺旋测微器的读数为0＋43.4×0.01 mm＝0.434 mm，即待测金属丝直径测量值为0.434 mm。[答案]　(1)59.40　0.434(0.433～0.435均可)
(2)该同学要用图象法求出待测金属丝的阻值，要求电压从0开始变化。请将图3所示实物电路图中所缺导线补全。
[解析]　(2)要求电压从0开始变化，故滑动变阻器采用分压接法；待测金属丝电阻较小，电流表采用外接法。实物电路图连接如图甲所示。
甲　　　　　　　　　　乙
[答案]　　(2)图见解析
(3)图4是根据实验中测得的6组电流I、电压U的值描绘的点，由图可求出电阻值R＝________Ω(保留三位有效数字)。(4)请写出待测金属丝的电阻率ρ的表达式ρ＝________(用测得的物理量符号和已知常数表示)。
(4)利用图象进行数据处理时，用平滑的曲线进行连线，让尽量多的数据描点落在图线上；如果连线为直线，不能落在连线上的点应均匀分布在两侧，偏差太大的点应舍弃。要推导出纵横坐标轴物理量的关系式，弄清斜率、截距等的物理意义，从而求出相关物理量。
命题点二　实验创新设计 实验器材创新[典例3]　(2019·高考天津卷)现测定长金属丝的电阻率。(1)某次用螺旋测微器测量金属丝直径的结果如图所示，其读数是________ mm。
[解析]　(1)d＝20.0×0.01 mm＝0.200 mm。[答案]　(1)0.200(0.196～0.204均可)　
(2)利用下列器材设计一个电路，尽量准确地测量一段金属丝的电阻。这段金属丝的电阻Rx约为100 Ω，画出实验电路图，并标明器材代号。电源E(电动势10 V，内阻约为10 Ω)电流表A1(量程0～250 mA，内阻R1＝5 Ω)电流表A2(量程0～300 mA，内阻约为5 Ω)滑动变阻器R(最大阻值10 Ω，额定电流2 A)开关S及导线若干
[解析]　(2)本题要测量金属丝的电阻，无电压表，故用已知内阻的电流表A1充当电压表，由于电流表A1的满偏电压UA1＝ImR1＝1.25 V，比电源电动势小得多，故电路采用分压式接法，电路图如图所示。
[答案]　(2)图见解析　
(3)某同学设计方案正确，测量得到电流表A1的读数为I1，电流表A2的读数为I2，则这段金属丝电阻的计算式Rx＝________。从设计原理看，其测量值与真实值相比________(选填“偏大”“偏小”或“相等”)。
创新评价本题的创新点在于利用“安—安”法替代“伏—安”法，用已知内阻的电流表A1充当电压表，利用电流之差测通过Rx的电流，使电阻的测量在设计上不存在误差。　
实验数据处理创新[典例4]　市场上销售的铜质电线电缆产品中，部分存在导体电阻不合格问题，质检部门检验发现一个是铜材质量不合格，使用了再生铜或含杂质很多的铜；再一个就是铜材质量可能合格，但截面积较小。某兴趣小组想应用所学的知识来检测实验室中一捆铜电线的电阻率是否合格。小组成员经查阅，纯铜的电阻率为1.8×10－8 Ω·m。现取横截面积约为1 mm2、长度为100 m(真实长度)的铜电线，进行实验测量其电阻率，实验室现有的器材如下：
A．电源(电动势约为5 V，内阻不计)；B．待测长度为100 m的铜电线，横截面积约1 mm2；C．电压表V1(量程为3 V，内阻约为0.5 kΩ)；D．电压表V2(量程为5 V，内阻约为3 kΩ)；E．电阻箱R(阻值范围0～999.9 Ω)；F．定值电阻R0＝1 Ω；
(1)小组成员先用螺旋测微器测量该铜电线的直径d，如图甲所示，则d＝________ mm。(2)小组设计的测量电路如图乙所示，则P是________，N是________，通过实验作出的图象如图丙所示。(填器材名称及对应符号)(3)这捆铜电线的电阻率ρ＝________Ω·m(结果保留三位有效数字)；你认为电阻率大的可能原因是________________________________。(4)本实验中铜电线的电阻率测量值比真实值将会_____(选填“偏大”“不变”或“偏小”)，原因是___________________________。
[答案]　(1)1.125(1.123～1.127均可)　 (2)电压表V2　电压表V1　(3)2.58×10－8(2.55×10－8～2.61×10－8)　铜电线使用的可能是再生铜或含过多杂质的次铜(其他合理答案也可)(4)偏大　没有考虑到电压表V1的分流
[典例5]　(2021·上海静安模拟)国标(GB/T)规定自来水在15 ℃时电阻率应大于13 Ω·m.某同学利用图甲电路测量15 ℃自来水的电阻率，其中内径均匀的圆柱形玻璃管侧壁连接一细管，细管上加有阀门K以控制管内自来水的水量，玻璃管两端接有导电活塞(活塞电阻可忽略)，右活塞固定，左活塞可自由移动。实验器材还有：电源(电动势约为3 V，内阻可忽略)，电压表V1(量程为3 V，内阻很大)，电压表V2(量程为3 V，内阻很大)，定值电阻R1(阻值为4 kΩ)，定值电阻R2(阻值为2 kΩ)，电阻箱R(最大阻值为9 999 Ω)，单刀双掷开关S，导线若干，游标卡尺，刻度尺。
实验步骤如下：A．用游标卡尺测量玻璃管的内径d；B．向玻璃管内注满自来水，并用刻度尺测量水柱长度L；C．把S拨到1位置，记录电压表V1示数；D．把S拨到2位置，调整电阻箱阻值，使电压表V2示数与电压表V1示数相同，记录电阻箱的阻值R；E．改变玻璃管内水柱长度，重复实验步骤C、D，记录每一次水柱长度L和电阻箱阻值R；F．断开S，整理好器材。
1．在测定某金属的电阻率实验中：
(1)某学生进行了如下操作：①利用螺旋测微器测金属丝直径d，如图1所示，则d＝________ mm。②测量金属丝电阻Rx的电路图如图2所示，闭合开关S，先后将电压表右侧接线端P接a、b点时，电压表和电流表示数如表1所示。该学生认真观察到两次测量中，电流表的读数几乎未变，发生这种现象的原因是____________，比较合理且较准确的金属丝电阻Rx测＝________ Ω(保留两位有效数字)，从系统误差角度分析，Rx的测量值与其真实值Rx真比较，Rx测________Rx真(选填“＞”“＝”或“＜”)。
答案：(1)①1.704　②电压表内阻远大于金属丝电阻，电压表分流几乎为零　12　＜
(2)另一同学找来一恒压电源，按图3的电路先后将接线端P分别接a处和b处，测得相关数据如表2所示，该同学利用该数据可算出Rx的真实值为________Ω。
2．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甲和乙所示，长度为________cm，直径为________mm。
解析：(1)游标卡尺的精度为0.1 mm，所以L＝(50＋1×0.1)mm＝5.01 cm，螺旋测微器的读数为d＝(5＋31.7×0.01)mm＝5.317 mm。
答案：(1)5.01　5.317(5.315～5.319均可)
(2)按图丙连接电路后，实验操作如下：①将滑动变阻器R1的阻值置于最________处(选填“大”或“小”)；将S2拨向接点1，闭合S1，调节R1，使电流表示数为I0。②将电阻箱R2的阻值调至最________(选填“大”或“小”)，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。
解析：(2)①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。②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。
答案： (2)①大 ②大　(3)1 280
3．某同学利用图(a)所示电路测量量程为2.5 V的电压表 的内阻(内阻为数千欧姆)，可供选择的器材有：电阻箱R(最大阻值99 999.9 Ω)，滑动变阻器R1(最大阻值50 Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值5 kΩ)，直流电源E(电动势3 V)，开关1个，导线若干。
实验步骤如下：①按电路原理图(a)连接线路；②将电阻箱阻值调节为0，将滑动变阻器的滑片移到与图(a)中最左端所对应的位置，闭合开关S；③调节滑动变阻器，使电压表满偏；④保持滑动变阻器滑片的位置不变，调节电阻箱阻值，使电压表的示数为2.00 V，记下电阻箱的阻值。
回答下列问题：(1)实验中应选择滑动变阻器________(选填“R1”或“R2”)。(2)根据图(a)所示电路将图(b)中实物图连线。
解析：(1)滑动变阻器R1的阻值较小，在分压电路中便于调节，故实验中应选择滑动变阻器R1。(2)实物图连线如图所示。
答案：(1)R1 (2)图见解析
(3)实验步骤④中记录的电阻箱阻值为630.0 Ω，若认为调节电阻箱时滑动变阻器上的分压不变，计算可得电压表的内阻为________Ω(结果保留到个位)。(4)如果此电压表是由一个表头和电阻串联构成的，可推断该表头的满刻度电流为________(填正确答案标号)。A．100 μA　　　　　B．250 μAC．500 μA D．1 mA
答案：(3)2 520　(4)D
4．(2021·山西太原第五中学段考)在电子线路制作中常用到覆铜板，覆铜板是将补强材料(加入橡胶中可以显著提高其力学性能的材料)浸以树脂，一面或两面覆以铜箔，经热压而成的一种板状材料，称为覆铜箔层压板，它是做印制电路板的基本材料，常叫基材。小明同学是电子制作爱好者，他想应用所学的物理知识来测量覆铜板的导电铜膜厚度。于是他从资料上查得导电铜膜的电阻率ρ＝1.75×10－8 Ω·m，并利用下列器材完成了这个实验：
A．电源E(电动势为6 V，内阻不计)；B．取待测长方形覆铜板一块(一面覆铜箔)，将两个粗铜条A、B平行压置在覆铜板的两端，与覆铜板接触良好，用作电极，如此就制成了待测电阻Rx(阻值约为2 Ω)；C．滑动变阻器R1(总阻值约为10 Ω)；D．定值电阻R2(电阻值R2＝6 Ω)；E．毫米刻度尺和游标卡尺；F．电压表 (量程为6 V，内阻很大)；G．电流表 (量程为0.6 A，内阻约为5 Ω)；H．开关K，导线若干。
(1)请在图甲的实物图中完成实物连线，要求实验测量精度高、多测几组数据。(2)小明在接通电路之前，先用游标卡尺测得覆铜板宽度d如图乙所示，则游标卡尺的读数为________mm。(3)小明用毫米刻度尺测两电极A、B间的距离L＝1.001 0 m。(4)图丙中的6个点表示实验中测得的6组电流I、电压U的值，请完成作图。若所得图线的斜率用k表示，则导电铜膜的电阻Rx＝________(用k及题中所给字母表示)，根据实验数据及IU图线求出导电铜膜的电阻Rx＝________ Ω(计算结果保留两位有效数字)。(5)计算导电铜膜厚度h的值为_____ mm(计算结果保留两位有效数字)。
解析：(1)铜膜电阻很小，为保护电路应把定值电阻与待测电阻串联，电压表内阻远大于铜膜电阻，电流表采用外接法；为测多组数据，滑动变阻器采用分压式接法，则实物图如图1所示。
(2)游标卡尺的读数为8 mm＋1×0.02 mm＝8.02 mm。(4)作出I-U图象如图2所示。