2019-2020年高中物理教科版選修3-1：第二章 直流電路 學(xué)案4學(xué)習(xí)目標(biāo)定位 1.進(jìn)一步掌握用伏安法測電阻的電路的設(shè)計(jì)思想.2.掌握螺旋測微器的讀數(shù)方法.3.掌握探究決定導(dǎo)體電阻的因素的實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)過程及數(shù)據(jù)處理方法一、實(shí)驗(yàn)原理1把金屬絲接入電路中，用伏安法測金屬絲的電阻R(R)電路原理如圖1所示圖12用毫米刻度尺測出金屬絲的長度l，用螺旋測微器測出金屬絲的直徑d，算出橫截面積S(S)3由電阻定律R，得，求出電阻率二、實(shí)驗(yàn)器材螺旋測微器、毫米刻度尺、電壓表、電流表、定值電阻、開關(guān)及導(dǎo)線、被測金屬導(dǎo)線、電池、滑動(dòng)變阻器三、螺旋測微器1構(gòu)造及原理：如圖2所示，它的測砧A和固定刻度B固定在尺架C上，可動(dòng)刻度E、旋鈕D，微調(diào)旋鈕D是與測微螺桿F連在一起的，并通過精密螺紋套在B上，精密螺紋的螺距是0.5 mm，即旋鈕D每轉(zhuǎn)一周，測微螺桿F前進(jìn)或后退0.5 mm，可動(dòng)刻度分成50等份，每一等份表示0.01_mm.圖22使用方法：當(dāng)A與F并攏時(shí)，可動(dòng)刻度E的零點(diǎn)恰好跟固定刻度B的零點(diǎn)重合，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)旋鈕D，將測微螺桿F旋出，把被測物體放入A、F之間，再順時(shí)針旋轉(zhuǎn)旋鈕D，使A、F正好接觸被測物在使用時(shí)，F(xiàn)快要接觸被測物時(shí)，要停止使用旋鈕D，改用微調(diào)旋鈕D.一、實(shí)驗(yàn)操作1實(shí)驗(yàn)步驟(1)測直徑：用螺旋測微器在被測金屬絲上三個(gè)不同位置各測一次直徑，并記錄圖3(2)連電路：按如圖3所示的電路圖連接實(shí)驗(yàn)電路(3)量長度：用毫米刻度尺測量接入電路中的被測金屬絲的有效長度，反復(fù)測量3次，并記錄(4)求電阻：把滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭調(diào)節(jié)到使接入電路中的電阻值最大的位置，電路經(jīng)檢查確認(rèn)無誤后，閉合開關(guān)S.改變滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)觸頭的位置，讀出幾組相應(yīng)的電流表、電壓表的示數(shù)I和U的值，記入表格內(nèi)，斷開開關(guān)S.(5)拆除實(shí)驗(yàn)電路，整理好實(shí)驗(yàn)器材2數(shù)據(jù)處理電阻R的數(shù)值可用以下兩種方法確定：(1)計(jì)算法：利用每次測量的U、I值分別計(jì)算出電阻，再求出電阻的平均值作為測量結(jié)果(2)圖像法：可建立IU坐標(biāo)系，將測量的U、I值描點(diǎn)作出圖像，利用圖像的斜率來求出電阻值R.3實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)(1)因一般金屬絲電阻較小，為了減少實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)誤差，必須選擇電流表外接法；(2)本實(shí)驗(yàn)若用限流式接法，在接通電源之前應(yīng)將滑動(dòng)變阻器調(diào)到阻值最大狀態(tài)(3)測量l時(shí)應(yīng)測接入電路的金屬絲的有效長度(即兩接線柱之間的長度)；在金屬絲的3個(gè)不同位置上用螺旋測微器測量直徑d.(4)電流不宜過大(電流表用00.6 A量程)，通電時(shí)間不宜太長，以免電阻率因溫度升高而變化二、螺旋測微器的讀數(shù)L固定刻度示數(shù)可動(dòng)刻度示數(shù)(估讀一位)分度值注意(1)以毫米為單位時(shí)，小數(shù)點(diǎn)后面要有三位有效數(shù)字，特別是最后一位估讀數(shù)字為零時(shí)，不能省略(2)在讀數(shù)時(shí)注意半毫米刻度線是否已露出例如(如圖4所示)圖4甲圖讀數(shù)為：2 mm32.00.01 mm2.320 mm乙圖讀數(shù)為：13.5 mm37.00.01 mm13.870 mm一、儀器的選擇和電路的設(shè)計(jì)例1在探究決定導(dǎo)體電阻的因素的實(shí)驗(yàn)中，可供選用的器材如下：待測金屬絲：Rx(阻值約4 ，額定電流約0.5 A)；電壓表：V(量程3 V，內(nèi)阻約3 k)；電流表：A1(量程0.6 A，內(nèi)阻約0.2 )；A2(量程3 A，內(nèi)阻約0.05 )；電源：E1(電源電壓為3 V)；E2(電源電壓為12 V)；滑動(dòng)變阻器：R(最大阻值約20 )；螺旋測微器；毫米刻度尺；開關(guān)S；導(dǎo)線(1)用螺旋測微器測量金屬絲的直徑，示數(shù)如圖5所示，讀數(shù)為_mm.圖5(2)若滑動(dòng)變阻器采用限流式接法，為使測量盡量精確，電流表應(yīng)選_，電源應(yīng)選_(均填器材代號)，在虛線框中完成電路原理圖解析(1)螺旋測微器的讀數(shù)為：15 mm27.40.01 mm1.774 mm.(2)在用伏安法測電阻的實(shí)驗(yàn)中，為使測量盡量精確，電流表、電壓表指針需達(dá)到半偏以上，又因待測金屬絲的額定電流為0.5 A，所以電流表選A1，電源選E1即可電路原理圖如圖所示答案(1)1.774(1.7721.776均正確)(2)A1E1見解析圖二、數(shù)據(jù)處理和實(shí)物圖的連線例2在探究決定導(dǎo)體電阻的因素的實(shí)驗(yàn)中，金屬絲長約0.8 m，直徑小于 1 mm，電阻在5 左右，實(shí)驗(yàn)步驟如下：(1)用米尺測量金屬絲的長度，測三次，求出平均值l，在金屬絲的不同位置用_測量直徑，求出平均值d.(2)用伏安法測量金屬絲的電阻R.試把圖6中所給的器材連接成測量R的合適的電路圖中電流表的量程為00.6 A，內(nèi)阻接近1 ，電壓表的量程為03 V，內(nèi)阻為幾千歐，電源的電動(dòng)勢為6 V，滑動(dòng)變阻器的阻值為020 ，在閉合開關(guān)前，滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)處于正確位置圖6(3)用上面測得的金屬絲長度l、直徑d和電阻R，可根據(jù)電阻率的表達(dá)式_，算出所測金屬的電阻率解析(1)金屬絲的直徑用螺旋測微器測量(2)連電路圖時(shí)，由于被測金屬絲的電阻值較小，因此應(yīng)采用電流表外接法，并且滑動(dòng)變阻器采取限流式接法，閉合開關(guān)前，滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)處在最大阻值處電路圖如圖所示(3)由電阻定律R，有.答案(1)螺旋測微器(2)見解析圖(3)在“探究決定導(dǎo)體電阻的因素”的實(shí)驗(yàn)中，用螺旋測微器測量金屬絲直徑時(shí)的刻度位置如圖7所示，用米尺測出金屬絲的長度l，金屬絲的電阻大約為5 ，先用伏安法測出金屬絲的電阻R，然后根據(jù)電阻定律計(jì)算出該金屬材料的電阻率圖7(1)從圖中讀出金屬絲的直徑為_ mm.(2)為此取來兩節(jié)新的干電池、電鍵和若干導(dǎo)線及下列器材：A電壓表03 V，內(nèi)阻10 kB電壓表015 V，內(nèi)阻50 kC電流表00.6 A，內(nèi)阻0.05 D電流表03 A，內(nèi)阻0.01 E滑動(dòng)變阻器，010 F滑動(dòng)變阻器，0100 要求較準(zhǔn)確地測出其阻值，電壓表應(yīng)選_，電流表應(yīng)選_，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選_(填序號)實(shí)驗(yàn)中某同學(xué)的實(shí)物接線如圖8所示，請指出該同學(xué)實(shí)物接線中的兩處明顯錯(cuò)誤圖8錯(cuò)誤1：_錯(cuò)誤2：_(3)若測得金屬絲的直徑用d表示，電阻用R表示，則該金屬材料的電阻率_.答案(1)0.680(2)ACE導(dǎo)線連接在滑動(dòng)變阻器的滑片上采用了電流表內(nèi)接法(3)解析(1)從螺旋測微器的固定刻度上可以看出，半毫米刻度線已經(jīng)露出來，因此主尺上應(yīng)讀0.5 mm，可動(dòng)刻度上接近第18個(gè)刻度線，可以估讀0.180 mm，所以該金屬絲直徑應(yīng)為0.5 mm0.180 mm0.680 mm.(2)由電路圖知電源是兩節(jié)干電池，電動(dòng)勢是3 V，用3 V量程的電壓表A；因?yàn)殡娮杞z的電阻大約為 5 ，如果把3 V的電動(dòng)勢全加在電阻絲上，電流才是0.6 A，因此用量程是0.6 A的電流表C；此題中金屬絲的電阻大約為5 ，為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，應(yīng)選10 的滑動(dòng)變阻器E.(3)由R可得：.1在“探究決定導(dǎo)體電阻的因素”的實(shí)驗(yàn)中，由可知，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性影響最大的是()A金屬絲直徑d的測量B電壓U的測量C電流I的測量D金屬絲長度l的測量答案A解析四個(gè)選項(xiàng)中的四個(gè)物理量對金屬絲的電阻率均有影響，但影響最大的是直徑d，因?yàn)樵谟?jì)算式中取直徑的平方2在測定阻值較小的金屬的電阻率的實(shí)驗(yàn)中，為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，并要求在實(shí)驗(yàn)中獲得較大的電壓調(diào)節(jié)范圍，在測量其電阻時(shí)應(yīng)選擇的電路是()答案D解析金屬阻值較小，在用伏安法測電阻時(shí)應(yīng)該用電流表外接法，題干中要求實(shí)驗(yàn)中獲得較大的電壓調(diào)節(jié)范圍，故滑動(dòng)變阻器要采用分壓式接法，D正確3在“探究決定導(dǎo)體電阻的因素”的實(shí)驗(yàn)中，以下操作中正確的是()A用刻度尺測量金屬絲的全長，且測量三次，算出其平均值，然后再將金屬絲接入電路中B用螺旋測微器在金屬絲三個(gè)不同部位各測量一次直徑，算出其平均值C用伏安法測電阻時(shí)，采用電流表內(nèi)接法，多次測量后算出平均值D實(shí)驗(yàn)中應(yīng)保持金屬絲的溫度不變答案BD解析實(shí)驗(yàn)中應(yīng)測量出金屬絲接入電路中的有效長度，而不是全長；金屬絲的電阻很小，與電壓表內(nèi)阻相差很大，使金屬絲與電壓表并聯(lián)，電壓表對它分流作用很小，所以應(yīng)采用電流表外接法，A、C錯(cuò)誤故選B、D.4.某同學(xué)在一次“探究決定導(dǎo)體電阻的因素”的實(shí)驗(yàn)中，用刻度尺測出接入電路部分的金屬絲長度為l0.720 m，用螺旋測微器測出金屬絲直徑(刻度位置如圖1所示)，用伏安法測出金屬絲的電阻(阻值大約為5 )，然后計(jì)算出該金屬材料的電阻率在用伏安法測定金屬絲的電阻時(shí)，除被測金屬絲外，還有如下實(shí)驗(yàn)器材：圖1A直流電源E(輸出電壓為3 V)B電流表A(量程00.6 A，內(nèi)阻約0.125 )C電壓表V(量程03 V，內(nèi)阻3 k)D滑動(dòng)變阻器R1(最大阻值20 )E開關(guān)、導(dǎo)線等(1)從圖中讀出金屬絲的直徑為_ mm.(2)根據(jù)所提供的器材，在虛線框中畫出實(shí)驗(yàn)電路圖(3)若根據(jù)伏安法測出金屬絲的阻值為Rx4.0 ，則這種金屬材料的電阻率為_ m(保留兩位有效數(shù)字)答案(1)0.600(2)如圖所示(3)1.6106解析(3)由R得，將Rx4.0 、l0.720 m、d0.600 mm0.600103 m代入得1.6106 m.5在“探究決定導(dǎo)體電阻的因素”的實(shí)驗(yàn)中，待測金屬絲的電阻Rx約為5 ，實(shí)驗(yàn)室備有下列實(shí)驗(yàn)器材：A電壓表(量程03 V，內(nèi)阻約為15 k)B電壓表(量程015 V，內(nèi)阻約為75 k)C電流表(量程03 A，內(nèi)阻約為0.2 )D電流表(量程00.6 A，內(nèi)阻約為1 )E變阻器R1(0100 ，0.6 A)F變阻器R2(02 000 ，0.1 A)G電池組E(電動(dòng)勢為3 V，內(nèi)阻約為0.3 )H開關(guān)S，導(dǎo)線若干(1)為減小實(shí)驗(yàn)誤差，應(yīng)選用的實(shí)驗(yàn)器材有_(填器材前面的序號)(2)為減小實(shí)驗(yàn)誤差，應(yīng)選用如圖2中_(選填“甲”或“乙”)為該實(shí)驗(yàn)的電路原理圖，并按所選擇的電路原理圖把圖5中的實(shí)物圖用線連接起來圖2圖3(3)若用毫米刻度尺測得金屬絲長度為60.00 cm，螺旋測微器測得金屬絲的直徑及兩電表的示數(shù)如圖4所示，則金屬絲的直徑為_ mm，電阻值為_ .圖4答案(1)ADEGH(2)乙實(shí)物圖見解析(3)0.637(0.6360.638均可)2.4解析(1)由于電源的電動(dòng)勢為3 V，所以電壓表應(yīng)選A；被測電阻約為5 ，電路中的最大電流約為IA0.6 A，電流表應(yīng)選D；根據(jù)變阻器允許通過的最大電流可知，變阻器應(yīng)選E；還要選用電池和開關(guān)，導(dǎo)線若干故應(yīng)選用的實(shí)驗(yàn)器材有A、D、E、G、H.(2)由于>，應(yīng)采用電流表外接法，應(yīng)選圖乙所示電路，實(shí)物連接如圖所示(3)從螺旋測微器可以讀出金屬絲的直徑為0.637 mm，從電壓表可以讀出電阻兩端電壓為1.20 V，從電流表可以讀出流過電阻的電流為0.50 A，被測金屬絲的阻值為Rx2.4 .6(xx北京21)在“測定金屬的電阻率”實(shí)驗(yàn)中，所用測量儀器均已校準(zhǔn)待測金屬絲接入電路部分的長度約為50 cm.(1)用螺旋測微器測量金屬絲的直徑，其中某一次測量結(jié)果如圖5所示，其讀數(shù)應(yīng)為_mm(該值接近多次測量的平均值)圖5(2)用伏安法測金屬絲的電阻Rx.實(shí)驗(yàn)所用器材為：電池組(電動(dòng)勢3 V，內(nèi)阻約1 )，電流表(內(nèi)阻約0.1 )、電壓表(內(nèi)阻約3 k)、滑動(dòng)變阻器R(020 ，額定電流2 A)、開關(guān)、導(dǎo)線若干某小組同學(xué)利用以上器材正確連接好電路，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測量，記錄數(shù)據(jù)如下：次數(shù)1234567U/V0.100.300.701.001.501.702.30I/A0.0200.0600.1600.2200.3400.4600.520由以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，他們測量Rx的電路圖是采用圖6中的_圖(選填“甲”或“乙”)圖6(3)圖7是測量Rx的實(shí)驗(yàn)器材實(shí)物圖，圖中已連接了部分導(dǎo)線，滑動(dòng)變阻器的滑片P置于變阻器的一端請根據(jù)(2)所選的電路圖，補(bǔ)充完成圖中實(shí)物間的連線，并使閉合開關(guān)的瞬間，電壓表或電流表不至于被燒壞圖7(4)這個(gè)小組的同學(xué)在坐標(biāo)紙上建立U、I坐標(biāo)系，如圖8所示，圖中已標(biāo)出了與測量數(shù)據(jù)對應(yīng)的4個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)請?jiān)趫D中標(biāo)出第2、4、6次測量數(shù)據(jù)的坐標(biāo)點(diǎn)，并描繪出UI圖線由圖線得到金屬絲的阻值Rx_(保留兩位有效數(shù)字)圖8(5)根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以估算出金屬絲電阻率約為_(填選項(xiàng)前的字母)A1102 m B1103 mC1106 m D1108 m(6)任何實(shí)驗(yàn)測量都存在誤差本實(shí)驗(yàn)所用測量儀器均已校準(zhǔn)，下列關(guān)于誤差的說法中正確的選項(xiàng)是_(有多個(gè)正確選項(xiàng))A用螺旋測微器測量金屬絲直徑時(shí)，由于讀數(shù)引起的誤差屬于系統(tǒng)誤差B由于電流表和電壓表內(nèi)阻引起的誤差屬于偶然誤差C若將電流表和電壓表的內(nèi)阻計(jì)算在內(nèi)，可以消除由測量儀表引起的系統(tǒng)誤差D用UI圖像處理數(shù)據(jù)求金屬絲電阻可以減小偶然誤差答案(1)0.398(0.3970.399均正確)(2)甲(3)見解析圖(4)見解析圖4.4(4.34.7均正確)(5)C(6)CD解析(1)螺旋測微器的讀數(shù)為0 mm39.80.01 mm0.398 mm.(2)由實(shí)驗(yàn)記錄的數(shù)據(jù)可知Rx的阻值大約為5 .由題知RxRV，故電流表外接若滑動(dòng)變阻器接為限流的形式，則Rx兩端電壓的最小值UminE0.6 V，而從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知Rx兩端電壓可為0.10 V，因此滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓的形式(3)如圖甲所示甲(4)選盡可能多的點(diǎn)連成一條直線，不在直線上的點(diǎn)均勻分布在直線兩側(cè)，偏離較遠(yuǎn)的點(diǎn)應(yīng)舍去，如圖乙所示乙圖線的斜率反映了金屬絲的電阻，因此金屬絲的阻值Rx4.4 .(5)根據(jù)R得金屬絲的電阻率 m1.09106 m，故選項(xiàng)C正確(6)由于讀數(shù)引起的誤差屬于偶然誤差，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由于電流表、電壓表內(nèi)阻引起的誤差為系統(tǒng)誤差，若將電流表和電壓表的內(nèi)阻計(jì)算在內(nèi)，則可以消除系統(tǒng)誤差，選項(xiàng)B錯(cuò)誤，選項(xiàng)C正確；利用UI圖像處理數(shù)據(jù)，相當(dāng)于多次測量取平均值，可以減小偶然誤差，選項(xiàng)D正確