人教版 (2019)必修 第三册3 实验：导体电阻率的测量导学案

这是一份人教版 (2019)必修 第三册3 实验：导体电阻率的测量导学案，共8页。

[学习目标]
1.掌握电压表、电流表的读数方法.
2.理解测量导体电阻率的实验原理，能进行正确的实验操作和数据处理．
[基础梳理]
1．实验原理
(1)把金属丝接入电路中，用伏安法测金属丝的电阻R(R＝eq \f(U,I))．电路原理图如图1所示．
图1
(2)用毫米刻度尺测出金属丝的有效长度l，用螺旋测微器测出金属丝的直径d，算出横截面积S(S＝eq \f(πd2,4))．
(3)由电阻定律R＝ρeq \f(l,S)，得ρ＝eq \f(RS,l)＝eq \f(πd2R,4l)＝eq \f(πd2U,4lI)，求出电阻率．
2．实验器材
螺旋测微器或游标卡尺、毫米刻度尺、电压表、电流表、开关及导线、待测金属丝、电池、滑动变阻器．
3．实验步骤
(1)测直径：用螺旋测微器在待测金属丝上三个不同位置各测一次直径，并记录．
(2)连电路：按如图1所示的电路图连接实验电路．
(3)测长度：用毫米刻度尺测量接入电路中的待测金属丝的有效长度，重复测量3次，并记录．
(4)求电阻：把滑动变阻器的滑动触头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触头的位置，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)拆除实验电路，整理好实验器材．
4．数据处理
电阻R的数值可用以下两种方法确定：
(1)计算法：利用每次测量的U、I值分别计算出电阻，再求出电阻的平均值作为测量结果．
(2)图像法：可建立U－I坐标系，将测量的U、I值描点作出图像，利用图像的斜率来求出电阻值R.
5．注意事项
(1)因一般金属丝电阻较小，为了减小实验的系统误差，必须选择电流表外接法；
(2)测量l时应测接入电路的金属丝的有效长度(即两接线柱之间的长度，且金属丝伸直)；在金属丝的3个不同位置上用螺旋测微器测量直径d.
(3)电流不宜过大(电流表用0～0.6 A量程)，通电时间不宜太长，以免电阻率因温度升高而变化．
[随堂演练]
1．下列叙述不符合史实的是( )
A．库伦通过扭秤实验首先发现了点电荷之间相互作用的规律
B．法拉第最早引入了电场的概念，并提出用电场线形象表示电场
C．欧姆发现了欧姆定律，说明了热现象和电现象之间存在联系
D．电荷e的数值最早是由密立根通过油滴实验测得的
2．下列说法正确的是（ ）
A．任何材料的电阻率都随温度的升高而增大
B．由可知，导体的电阻跟导体两端的电压成正比
C．把一根长导线截成等长的三段，则每段的电阻率均不变
D．由可知，导体两端的电压为零时，导体的电阻也为零
3．如图所示是一种测量电阻的实验装置电路图，其中R1、R2是未知的定值定值，R3是保护电阻，R是电阻箱，Rx是待测电阻，是一只零刻度在中央、指针可以左右偏转的双向电压表.闭合开关S1、S2，调节R，使电压表的指针指在零刻度处，这时R的读数为90Ω；将R1、R2互换后，再次闭合S1、S2，调节R，使电压表V的指针指在零刻度处，这时R的读数为160Ω，那么被测电阻Rx的数值及R1与R2的比值分别为 （ ）
A．120Ω 3:4
B．125Ω 4:3
C．160Ω 16:9
D．250Ω 9:16
4．某学习小组的同学们准备测量一段长度约100cm的电阻丝的电阻率，需要先测量电阻丝的长度，下列工具应该选用（ ）
A．程实同学文具盒里边的直尺B．游标卡尺
C．螺旋测微器D．实验室的直尺
5．如图，有一未知电阻Rx，为了较准确地测出电阻值，利用试触法得到两组数据，接a时得到数据为6V、0.15A，接b时得到数据为5.8V、0.2A，那么该电阻测得较为准确的数值及它与与真实值比较的情况是 （ ）
A．29Ω，大于真实值B．40Ω，大于真实值
C．29Ω，小于真实值D．40Ω，小于真实值
6．用伏安法测阻值约为10Ω的电阻，已知电流表内阻约为0.1Ω，电压表内阻约为10kΩ，则（ ）
A．应采用内接法，测量值偏小
B．应采用内接法，测量值偏大
C．应采用外接法，测量值偏小
D．应采用外接法，测量值偏大
7．实验室提供了以下器材，让学生设计实验电路测定电压表内阻和电阻的阻值：
a.待测电压表（量程0~1V，内阻约1k）和待测电阻（阻值约2k）
b.电压表（量程0~3V，内阻约4.5k）
c.毫安表mA（量程0~20mA，内阻约50）
d.微安表（量程0~50，内阻约200 ）
e.滑动变阻器R
f.电阻箱（总阻值9999.9）
g.电源E（电动势6V，内阻不计）
h.开关、单刀双掷开关S一个和导线若干
（1）为了扩大电压表的量程，必须精确测定其内阻，实验小组设计的部分实验电路如图所示，请根据可用器材，完成虚线框内部分电路的设计，并画在虚线框内；（_________）
（2）根据你的设计和相应操作，用两电压表示数及对应其他量表示待测电压表的内阻_______； 待测电阻______。（用两电压表示数、及对应电阻箱阻值表示）
8．一课外实验小组用如图a所示的电路测量某待测电阻Rx的阻值，图中R0为标准电阻（R0=20.0 Ω）；V可视为理想电压表，S1为单刀开关，S2为单刀双掷开关，E为电源，R为滑动变阻器，采用如下步骤完成实验：
（1）根据实验原理电路图连接好电路。
（2）将滑动变阻器滑动端置于___________位置（填“左端”“右端”或“中间”），再闭合S1.
（3）将开关S2掷于1端，改变滑动变阻器滑动触头的位置，记下此时电压表V的示数U1；然后将S2掷于2端，记下此时电压表V的示数U2.
（4）待测电阻阻值的表达式Rx=___________（用R0、U1、U2表示）。
（5）为减小偶然误差，改变滑动头的位置，测得几组U1、U2的值，作出U1与U2的关系图像如图b所示，则待测电阻Rx=___________ Ω。
参考答案
1．C
【解析】
库伦通过扭秤实验首先发现了点电荷之间相互作用的规律，选项A正确；法拉第最早引入了电场的概念，并提出用电场线形象表示电场，选项B正确；欧姆发现了欧姆定律，焦耳发现焦耳定律，说明了热现象和电现象之间存在联系，选项C错误；电荷e的数值最早是由密立根通过油滴实验测得的，选项D正确；此题选择不符合史实的，故选C.
2．C
【详解】
A．金属的电阻率随温度升高而增大，半导体的电阻率随温度升高而减小，故A错误；
BD．电阻的定义式
是用比值定义的，导体的电阻与导体两端的电压和电流无关，故BD错误；
C．电阻率与材料的长度无关，把一根长导线截成等长的三段，则每段的电阻率都不变。故C正确；
故选C。
3．A
【详解】
ABCD.此题中的电路图是电桥电路图，其中R、Rx、R1、R2称为电桥的四个臂，调节电阻箱R适当时，使电压表的读数为零，此时称电桥平衡；这时要满足的条件为，由该条件即可求出Rx及R1、R2的比值；
当R=90Ω时，即
R1、R2互换后，R=160Ω，即
所以得Rx=120Ω.进一步求出。
故A正确，BCD错误。
故选A。
4．D
【详解】
文具盒里边的直尺测量范围比较小，游标卡尺和螺旋测微器虽然精度较高，但是测量范围都更小，则测量电阻丝的长度用实验室的直尺即可。
故选D。
5．B
【详解】
开关接a、b两点时，电压表示数相对变化量，电流表示数相对变化量，则有，电流表示数变化量大，则电流表应采用内接法，即开关应接在a点，电阻测量值；由于采用电流表内接法，电流表分压，电压测量值大于真实值，电阻测量值大于真实值，故选项B正确，A、C、D错误。
6．C
【详解】
根据伏安法测电阻的原理，由于电流表内阻约为0.1Ω，电压表内阻约为10kΩ，待测电阻为10Ω，电压表内阻约为待测电阻的1000倍，待测电阻阻值约为电流表的100倍，由此可知该电阻为小电阻，故应采用电流表的外接法；在电流表外接法中，由于电压表的分流作用，电流表的测量值I大于真实值，由欧姆定律可知，电阻的测量值小于电阻的真实值，故C正确，ABD错误。
故选C。
7．
【详解】
（1）[1]由
可知，若用伏安法精确测电阻，必须精确测定出电阻两端电压和通过电流，V1的最大电流
两块电流表均不能满足要求，且由于电流表内阻不是确定值，也就不能改装。因此，只能用电阻箱等效代替，设计电路如图所示；
（2）[2][3]设两电压表示数分别为、，S接1，适当调节，读出电压表示数、，然后S接2，调节，使两电压表示数恢复、，读出的值。由分压原理得
则
，
8．左端 R0 10.0
【详解】
(1)[1]此电路中，滑动变阻器起分压作用，闭合S1前，应将滑动变阻器阻值调为0，即将滑动端置于左端。
(4)[2]根据题意，开关S2接在1时，电压表测R0两端电压，开关S2接在2时，电压表测R0与Rx的总电压，测量电路中的电流为
Rx两端的电压为
根据欧姆定律有
联立解得
(5)[3]
整理得
U2­U1关系图像的斜率为
代入数据，解得