高中物理高考 选修3-1 第八章 实验八

这是一份高中物理高考 选修3-1 第八章 实验八，共19页。试卷主要包含了基本原理与操作，数据处理等内容，欢迎下载使用。
实验八　测定金属的电阻率

一、基本原理与操作
原理电路图
操作要领

(1)测量直径：三个不同位置各测一次直径
(2)电路连接：连接好伏安法测电阻的实验电路
(3)测量长度：测金属导线的有效长度3次
(4)U、I测量：改变滑动变阻器滑片的位置，读出几组相应电流表、电压表的示数
二、数据处理
1．求Rx
(1)计算法：用Rx＝分别算出各次的数值，再取平均值。
(2)图象法：画出U－I图象，U－I图象的斜率等于Rx。
2．计算电阻率：将记录的数据U、I、l、d的值代入电阻率计算式
ρ＝Rx＝。
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。
(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)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。
误差分析


热点一　测量仪器、仪表的读数
1．游标卡尺
游标卡尺的读数应注意以下几点
(1)第一看→看清精确度

刻度格数
(分度)
刻度总
长度
每小格与
1 mm的差值
精确度
(可精确到)
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
例如(图1)

图1
易错成11 mm＋4×0.1 mm＝11.40 mm
正确的应为11.4 mm，游标卡尺不需要估读，后面不能随意加零或去零。
(2)第二看→游标尺上的0刻度线位置，区分零刻度与标尺最前端。例如(图2)

图2
易错成13 mm＋10×0.05 mm＝13.50 mm
正确读数为14 mm＋10×0.05 mm＝14.50 mm。
(3)第三看→主尺上的单位
主尺上标识的1、2、3等数字通常是指厘米，读数时应将毫米和厘米分清，游标卡尺主尺上的最小刻度是1 mm。例如(图3)

图3
易错成5 mm＋4×0.05 mm＝5.20 mm
正确的应为50 mm＋4×0.05 mm＝50.20 mm。
2．螺旋测微器的使用
(1)构造：如图4所示，B为固定刻度，E为可动刻度。

图4
(2)原理：测微螺杆F与固定刻度B之间的精密螺纹的螺距为0.5 mm，即旋钮D每旋转一周，F前进或后退0.5 mm，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0.01 mm，即螺旋测微器的精确度为0.01 mm。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：

图5
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5所示，固定刻度示数为2.0 mm，半毫米刻度线未露出，而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。
3．电压表和电流表
(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。
【例1】　(1)如图6所示的三把游标卡尺，它们的游标卡尺从上至下分别为9 mm长10等分、19 mm长20等分、49 mm长50等分，它们的读数依次为________mm，________mm，________mm。

图6
(2)使用

图7
螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图7所示，则金属丝的直径是________mm。
(3)①图8甲使用0.6 A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3 A量程时，对应刻度盘上每一小格代表________A，图中表针示数为________A。
②图乙使用较小量程时，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9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2 087 Ω，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________。

图9
解析　(1)图6甲读数：整毫米是17，不足1毫米数是7×0.1 mm＝0.7 mm，最后结果是17 mm＋0.7 mm＝17.7 mm。
图6乙读数：整毫米是23，不足1毫米数是17×0.05 mm＝0.85 mm，最后结果是23 mm＋0.85 mm＝23.85 mm。
图6丙读数：整毫米是3，不足1毫米数是9×0.02 mm＝0.18 mm，最后结果是3 mm＋0.18 mm＝3.18 mm。
(2)固定刻度示数为2.0 mm，不足半毫米的从可动刻度上读，其示数为15.0，最后的读数：2.0 mm＋15.0×0.01 mm＝2.150 mm。
(3)①使用0.6 A量程时，刻度盘上的每一小格为0.02 A，表针示数为0.44 A；当使用3 A量程时，每一小格为0.1 A，表针示数为2.20 A。
②电压表使用3 V量程时，每小格表示0.1 V，表针示数为1.70 V；使用15 V量程时，每小格表示0.5 V，表针示数为8.5 V。
(4)电阻为1 987 Ω。最简单的操作方法是将“×1 k”旋钮调到2，再将“×100”旋钮调到0。每个电阻箱的最大阻值是9 999 Ω，用这样的两个电阻箱串联可得到的最大电阻是2×9 999 Ω＝19 998 Ω。故用两个这样的电阻箱，可得到的电阻值范围为0～19 998 Ω。
答案　(1)17.7　23.85　3.18　(2)2.150　(3)①0.02　0.44　0.1　2.20　②0.1　1.70　0.5　8.5　(4)1 987　将“×1 k”旋钮调到2，再将“×100”旋钮调到0
0～19 998 Ω

对于基本仪器，正确读数必须做到以下三点
(1)要注意量程。
(2)要弄清所选量程对应的每一大格和每一小格所表示的值。
(3)要掌握基本仪器的读数原则。最小刻度是“1”的仪器，要求读到最小刻度后再往下估读一位；最小刻度是“2”和“5”的仪器，只要求读到最小刻度所在的这一位，不再往下估读。
热点二　教材原型实验
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
适用于
测量
大阻值电阻
小阻值电阻
2.器材的选择方法
(1)电流表和电压表的选择
①根据电路中的最大电流(或最大电压)进行选择。
②根据用电器的额定电流(或额定电压)进行选择。
③根据电源的参数进行选择。
(2)①控制电路的选择：当滑动变阻器的最大电阻远小于待测电阻或要求电流从零开始调节时，变阻器应采用分压式接法；当滑动变阻器的最大电阻和待测电阻接近时，选用限流式接法。





②滑动变阻器两种接法的对比
方式
内容　
限流接法
分压接法
对比说明
两种接法电路图


串、并联关系不同
负载R上
电压调节
范围(电源
内阻不计)
≤U≤E
0≤U≤E
分压电路调节范围大
命题角度　仪器的选择及电路设计
【例2】　[2018·天津卷，9(3)]某同学用伏安法测定待测电阻Rx的阻值(约为10 kΩ)，除了Rx、开关S、导线外，还有下列器材供选用：
A．电压表(量程0～1 V，内阻约10 kΩ)
B．电压表(量程0～10 V，内阻约100 kΩ)
C．电流表(量程0～1 mA，内阻约30 Ω)
D．电流表(量程0～0.6 A，内阻约0.05 Ω)
E．电源(电动势1.5 V，额定电流0.5 A，内阻不计)
F．电源(电动势12 V，额定电流2 A，内阻不计)
G．滑动变阻器R0(阻值范围0～10 Ω，额定电流2 A)
①为使测量尽量准确，电压表选用________，电流表选用________，电源选用________。(均填器材的字母代号)
②画出测量Rx阻值的实验电路图。





③该同学选择器材、连接电路和操作均正确，从实验原理上看，待测电阻测量值会________其真实值(填“大于”、“小于”或“等于”)，原因是__________________________________________________________________。
解析　若选用电动势为1.5 V的电源，则实验中电流最大值仅为0.15 mA，两个电流表均无法准确测量，故选用电动势为12 V的电源F；此时，实验中最大电流约为1.2 mA，故电流表选用C；电压表选用B。由于滑动变阻器的最大阻值远小于待测电阻的阻值，所以滑动变阻器采用分压式接法；待测电阻的阻值远大于电流表内阻，所以电流表内接。由于电流表的分压作用，电阻测量值偏大，所以电阻测量值大于其真实值。
答案　①B　C　F　
②
③大于　电压表的读数大于待测电阻两端实际电压
命题角度　实物图连接及数据处理
【例3】　(2018·四川广元统考)在测定金属电阻率的实验中，所用金属电阻丝的电阻约为30 Ω。现通过以下实验测量该电阻丝的电阻率。
(1)用螺旋测微器测出电阻丝的直径为d。
(2)实验中能提供的器材有开关、若干导线及下列器材：
电压表V1(量程为0～3 V，内阻约为3 kΩ)
电压表V2(量程为0～15 V，内阻约为15 kΩ)
电流表A1(量程为0～100 mA，内阻约为5 Ω)
电流表A2(量程为0～0.6 A，内阻约为0.1 Ω)
滑动变阻器R1(0～5 Ω)
滑动变阻器R2(0～1 kΩ)
电源(电动势为4.5 V，内阻不计)
为了便于调节电路并能较准确地测出电阻丝的阻值，电流表应选________，滑动变阻器应选________。
(3)如图10甲所示，将电阻丝拉直后，将其两端分别固定在刻度尺两端的接线柱a和b上，刻度尺的中间有一个可沿电阻丝滑动的触头，触头的另一端为接线柱c，当用手按下触头时，触头才与电阻丝接触，触头的位置可在刻度尺上读出。实验中改变触头与电阻丝接触的位置后移动滑动变阻器的滑片，使电流表示数I保持不变，分别测量出多组接入电路中电阻丝的长度L与对应的电压表的示数U。请在图甲中完成实验电路的连接，部分已连好的线不能改动。(要求：能改变接入电路中的电阻线的长度和能进行多次测量)

图10
(4)利用测量数据画出U－L图线，如图乙所示，其中(L0，U0)是U－L图线上的一个点的坐标。根据U－L图线，用电阻丝的直径d、电流I和坐标(L0，U0)计算出电阻丝的电阻率ρ＝________。
解析　(2)由于电源电动势为4.5 V，所以电压表应选V1。采用分压式接法，滑动变阻器选R1。通过调节滑动变阻器能使电阻丝所在支路的电流从零开始变化，电压在0～3 V范围内变化，由于电表的最佳使用范围为量程的到之间，电流表A2的最佳使用范围为0.2～0.4 A，此时金属丝接入电路的阻值范围为2.5～10 Ω；电流表A1的最佳使用范围约为33～67 mA，此时金属丝接入电路的阻值范围为15～30 Ω，故依题意要求电流表应选A1。
(3)由Rx满足R