版物理一轮精品复习学案实验七 测定金属的电阻率选修31.docx
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版物理一轮精品复习学案实验七测定金属的电阻率选修31
实验七测定金属的电阻率
【考纲知识梳理】
一、实验目的
学会用伏安法测量电阻的阻值,测定金属的电阻率。
二、实验原理
用刻度尺测一段金属导线的长度,用螺旋测微器测导线的直径,用伏安法测导线的电阻,根据电阻定律,金属的电阻率。
1、
(1)螺旋测微器(又叫千分尺)是比游标卡尺更精密的测量长度的工具,用它测长度可以准确到0.01mm,测量范围为几个厘米。
(2)螺旋测微器是依据螺旋放大的原理制成的,即螺杆在螺母中旋转一周,螺杆便沿着旋转轴线方向前进或后退一个螺距的距离。
因此,沿轴线方向移动的微小距离,就能用圆周上的读数表示出来。
螺旋测微器的精密螺纹的螺距是0.5mm,可动刻度有50个等分刻度,可动刻度旋转一周,测微螺杆可前进或后退0.5mm,因此旋转每个小分度,相当于测微螺杆前进或后退这0.5/50=0.01mm。
可见,可动刻度每一小分度表示0.01mm,所以以螺旋测微器可准确到0.01mm。
由于还能再估读一位,可读到毫米的千分位,故又名千分尺
(3)测量时,当小砧和测微螺杆并拢时,可动刻度的零点若恰好与固定刻度的零点重合,旋出测微螺杆,并使小砧和测微螺杆的面正好接触待测长度的两端,那么测微螺杆向右移动的距离就是所测的长度。
这个距离的整毫米数由固定刻度上读出,小数部分则由可动刻度读出。
(4)使用螺旋测微器应注意以下几点:
①测量时,在测微螺杆快靠近被测物体时应停止使用旋钮,而改用微调旋钮,避免产生过大的压力,既可使测量结果精确,又能保护螺旋测微器。
②在读数时,要注意固定刻度尺上表示半毫米的刻线是否已经露出。
③读数时,千分位有一位估读数字,不能随便扔掉,即使固定刻度的零点正好与可动刻度的某一刻度线对齐,千分位上也应读取为“0”。
④当小砧和测微螺杆并拢时,可动刻度的零点与固定刻度的零点不相重合,将出现零误差,应加以修正,即在最后测长度的读数上去掉零误差的数值。
2、伏安法测电阻
电路:
如果是理想情况,即RA→0,Rv→∞时,两电路测量的数值应该是相同的。
(1)外接法
U侧是Rx两端电压,是准确的,I测是过Rx和
总电流,所以偏大。
R测偏小,是由于电压表的分流作用造成的。
实际测的是Rx与Rv的并联值,随Rv↑,误差将越小。
(2)内接法
I测是过Rx的电流,是准确的,U测是加在Rx与
上总电压,所以偏大。
R测偏大,是由于电流表的分压作用造成的。
三、实验器材
被测金属导线、米尺、螺旋测微器、电流表、电压表、直流电源、电键、滑动变阻器、导线若干。
【要点名师精解】
一、实验步骤
1.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;
2.按图所示的电路图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导线的有效长度,反复测量3次,求出其平均值L;
4.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,闭合电键K。
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,记入记录表格内,断开电键K。
求出导线电阻R的平均值;
5.将测得R、L、d的值,代入电阻率计算公式中,计算出金属导线的电阻率;
6.拆去实验线路,整理好实验器材。
实验结论
根据电阻定律,得金属的电阻率
,所以只要先用伏安法测出金属丝电阻,用刻度尺测金属丝长度,用螺旋测微器测金属丝直径,然后代入公式即可。
在测电阻时,如果是小电阻,则电流表用外接法;反之,如果电阻较大,则电流表用内接法。
由于金属丝电阻一般较小(相对于电压表内阻来说),故做本实验时应采用电流表外接法.至于滑动变阻器是采用限流式还是分压式,可根据实验所提供的器材及要求而灵活选取.若无特别要求,一般可用限流式。
【例1】(2008山东理综23)(12分)2007年诺贝尔物理学奖授予两位发现“巨磁电阻”效应的物理学家。
材料的电阻随磁场的增加而增大的现象称为磁阻效应,利用这种效应可以测量磁感应强度。
若图1为某磁敏电阻在室温下的电阻-磁感应强度特性曲线,其中RB、R0分别表示有、无磁场时磁敏电阻的阻值。
为了测量磁感应强度B,需先测量磁敏电阻处于磁场中的电阻值RB。
请按要求完成下列实验
(1)设计一个可以测量磁场中该磁敏电阻阻值的电路,在图2虚线框内画出实验电路原理图(磁敏电阻及所处磁场已给出,待测磁场感应强度大小约为0.6~1.0T,不考虑磁场对电路其它部分的影响)。
要求误差较小。
提供的器材如下:
A.磁敏电阻,无磁场时阻值
B.滑动变阻器R,全电阻约
A
C.电流表○,量程2.5mA,内阻约
V
D.电压表○,量程3V,内阻约3k
E.直流电源E,电动势3V,内阻不计
F.开关S,导线若干
(2)正确接线后,将磁敏电阻置入待测磁场中,测量数据如下表:
1
2
3
4
5
6
U(V)
0.00
0.45
0.91
1.50
1.79
2.71
I(mA)
0.00
0.30
0.60
1.00
1.20
1.80
根据上表可求出磁敏电阻的测量值
结合图1可行待测磁场的磁感应强度
T。
(3)试结合图1简要回答,磁感应强度B在0~0.2T和0.4~1.0T范围内磁敏电阻阻值的变化规律有何不同?
(4)某同学查阅相关资料时看到了图3所示的磁敏电阻在一定温度下的电阻-磁感应强度特性曲线(关于纵轴对称),由图线可以得到什么结论?
解析:
(1)滑动变阻器阻值小,为了有效地调节电路,需采用分压式接法,由图29-10甲可知,在待测磁场磁感应强度大小约为0.6T~1.0T时,Rn大约为R0的6倍~12倍,大于
,所以采用的电流表内接法。
(2)依据欧姆定律,由表中后五组测量数据求磁敏电阻值,求平均值得出磁敏电阻的测量值
。
因为
,由图29-10甲可知,对应的磁感应强度
。
(3)见答案。
(4)见答案。
答案:
(1)如图29-11所示
(2)15000.90
(3)在0~0.2T范围内,磁敏电阻的阻值随磁感应强度非线性变化(或不均匀变化);在0.4T~1.0T范围内,磁敏电阻的阻值磁感应强度线性变化(或均匀变化)。
(4)磁场反向,磁敏电阻的阻值不变。
【感悟高考真题】
1、(2009江苏物理,10,8分)有一根圆台状均匀质合金棒如图甲所示,某同学猜测其电阻的大小与该合金棒的电阻率ρ、长度L和两底面直径d、D有关。
他进行了如下实验:
(1)用游标卡尺测量合金棒的两底面直径d、D和长度L。
图乙中游标卡尺(游标尺上有20个等分刻度)的读数L=________cm.
(2)测量该合金棒电阻的实物电路如图丙所示(相关器材的参数已在图中标出)。
该合金棒的电阻约为几个欧姆。
图中有一处连接不当的导线是__________.(用标注在导线旁的数字表示)
(3)改正电路后,通过实验测得合金棒的电阻R=6.72Ω.根据电阻定律计算电阻率为ρ、长为L、直径分别为d和D的圆柱状合金棒的电阻分别为Rd=13.3Ω、RD=3.38Ω.他发现:
在误差允许范围内,电阻R满足R2=Rd·RD,由此推断该圆台状合金棒的电阻R=_______.(用ρ、L、d、D表述)
答案:
(1)9.940
(2)⑥(3)
解析:
(1)游标卡尺的读数,按步骤进行则不会出错。
首先,确定游标卡尺的精度为20分度,即为0.05mm,然后以毫米为单位从主尺上读出整毫米数99.00mm,注意小数点后的有效数字要与精度一样,再从游标尺上找出对的最齐一根刻线,精度
格数=0.05
8mm=0.40mm,最后两者相加,根据题目单位要求换算为需要的数据,99.00mm+0.40mm=99.40mm=9.940cm
(2)本实验为测定一个几欧姆的电阻,在用伏安法测量其两端的电压和通过电阻的电流时,因为安培表的内阻较小,为了减小误差,应用安培表外接法,
线的连接使用的是安培表内接法。
(3)审题是处理本题的关键,弄清题意也就能够找到处理本题的方法。
根据电阻定律计算电阻率为
、长为L、直径分别为d和D的圆柱状合金棒的电阻分别为Rd=13.3Ω、RD=3.38Ω.即
,
,而电阻R满足R2=Rd·RD,将Rd、RD带入得
2、(2009广东物理,16,14分)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3V的直流稳压电源、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,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14
(2)实验的主要步骤如下:
①正确连接电路,设定电阻箱的阻值,开启电源,合上开关;
②读出电流表的示数,记录金属夹的位置;
③断开开关,_________________,合上开关,重复②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15的关系图线,其斜率为________A-1·m-1(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)他们使用螺旋测微器测量金属丝的直径,示数如图16所示。
金属丝的直径是______。
图15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________,其数值和单位为___________(保留三位有效数字)。
答案:
⑴电路图如图所示
⑵③读出接入电路中的金属丝的长度
⑶1.63电源的内阻与电阻箱
⑷0.200mm金属丝的电阻率1.54×10-7Ω·m
解析:
依据实验器材和实验目的测量金属丝的电阻率,电路图如图所示;电路实物图如图所示,依据闭合电路欧姆定律得
,参照题目给出的图像可得
可见直线的斜率
,可知斜率、电源电动势和金属丝横截面积的乘积代表的物理量是金属的电阻率
,其数值和单位为1.54×10-7Ω·m;依据直线可得其斜率为1.63A-1·m-1,截距为
,则图线纵轴截距与电源电动势的乘积为(
);金属丝的直径是0.200mm。
【考点精题精练】
1、(I)用螺旋测器测量金属导线的直径,其示数如图所示,该金属导线的直径为mm。
(II)右图为欧姆表面原理示意图,其中电流表的满偏电流Ig=300
a,内阻Rg=100Ω,可变电阻R的最大阻值为10kΩ,电池的电动势E=1.5V,内阻r=
0.5Ω,图中与接线柱A相连的表笔颜色应是
色,按正确使用方法测量电阻Rx的阻值时,指
针指在刻度盘的正中央,则Rx=kΩ。
答案:
(I)1.880±0.001(II)红,5
2、有一段粗细均匀的导体,现要用实验的方法测定这种导体材料的电阻率,若已测得其长度和横截面积,还需要测出它的电阻值Rx。
①若已知这段导体的电阻约为30Ω,要尽量精确的测量其电阻值,除了需要导线、开关以外,在以下备选器材中应选用的是。
(只填写字母代号)
A.电池(电动势14V、内阻可忽略不计)B.电流表(量程0~0.6A,内阻约0.12Ω)
C.电流表(量程0~100mA,内阻约12Ω)D.电压表(量程0~3V,内阻约3kΩ)
E.电压表(量程0~15V,内阻约15kΩ)F.滑动变阻器(0~10Ω,允许最大电流2.0A)
G.滑动变阻器(0~500Ω,允许最大电流0.5A)
②在方框中画出测这段导体电阻的实验电路图(要求直接测量的变化范围尽可能大一些)。
③根据测量数据画出该导体的伏安特性曲线如图所示,发现MN段明显向上弯曲。
若实验的操作、读数、记录、描点和绘图等过程均正确无误,则出现这一弯曲现象的主要原因是。
答案:
①ABEF(4分)
②如图所示(4分)
③随着导体中的电流增大,温度升高,电阻率增大,电阻增大(4分
3、某同学要测量一均匀新材料制成的圆柱体的电阻率ρ。
步骤如下:
(1)用游标为20分度的卡尺测量其长度如图,由图可知其长度为mm;
(2)用螺旋测微器测量其直径如右上图,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,则该电阻的阻值约为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:
待测圆柱体电阻R
电流表A1(量程0~4mA,内阻约50Ω)
电流表A2(量程0~10mA,内阻约30Ω)
电压表V1(量程0~3V,内阻约10kΩ)
电压表V2(量程0~15V,内阻约25kΩ)
直流电源E(电动势4V,内阻不计)
滑动变阻器R1(阻值范围0~15Ω,允许通过的最大电流2.0A)
滑动变阻器R2(阻值范围0~2kΩ,允许通过的最大电流0.5A)
开关S
导线若干
为使实验误差较小,要求测得多组数据进行分析,请在右框中画出测量的电路图,并标明所用器材的代号。
(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=
。
(保留2位有效数字)
答案:
(1)50.15
(2)4.700
(3)220
(4)如右图
(5)
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