2019-2020年高三物理復習 第7章 實驗 探究決定導線電阻的因素學案實驗目的1掌握螺旋測微器及游標卡尺的原理及讀數(shù)方法2掌握電流表、電壓表和滑動變阻器的使用方法及電流表和電壓表的讀數(shù)方法3會用伏安法測電阻，并進一步探究決定導線電阻的因素實驗原理1螺旋測微器的讀數(shù)測量時被測物體長度的整數(shù)毫米數(shù)由固定刻度讀出，小數(shù)部分由可動刻度讀出測量值(毫米)_(毫米)(注意半毫米刻線是否露出)_(估讀一位)0.01(毫米)2游標卡尺讀數(shù)若用x表示由主尺上讀出的整毫米數(shù)，k表示從游標尺上讀出與主尺上某一刻線對齊的游標的格數(shù)，則記錄結果表達為(xk精確度)mm.3伏安法測電阻(1)電流表的內接法和外接法的比較內接法外接法電路圖誤差原因電流表分壓U測UxUA電壓表分流I測IxIV電阻測量值R測RARx>Rx測量值大于真實值R測_<Rx測量值小于真實值適用條件RARxRVRx適用于測量_電阻_電阻(2)兩種電路的選擇阻值比較法：先將待測電阻的估計值與電壓表、電流表內阻進行比較，若Rx較小，宜采用電流表外接法；若Rx較大，宜采用電流表內接法，簡單概括為“內大外小”臨界值計算法 圖1實驗試探法：按圖1接好電路，讓電壓表的一根接線柱P先后與a、b處接觸一下，如果電壓表的示數(shù)有較大的變化，而電流表的示數(shù)變化不大，則可采用電流表外接法；如果電流表的示數(shù)有較大的變化，而電壓表的示數(shù)變化不大，則可采用電流表內接法4滑動變阻器的限流式接法和分壓式接法接法限流式接法分壓式接法電路圖特點用電器和滑動變阻器的一部分串聯(lián)，另一部分不起作用調節(jié)電壓的范圍不能從零開始變化用電器和滑動變阻器的一部分并聯(lián)后和另一部分串聯(lián)電壓可以從零調節(jié)到最大值適用條件滑動變阻器的最大阻值和用電器的阻值差不多且要求電壓不從零開始變化滑動變阻器的最大阻值小于用電器的阻值；電壓要求從零開始變化5.電阻率的測定原理把金屬絲接入如圖2所示的電路中，用_測金屬絲兩端的電壓，用_測金屬絲中流過的電流，根據Rx_計算金屬絲的電阻Rx，圖2然后用_測量金屬絲的長度l，用_測量金屬絲的直徑d，計算出橫截面積S；根據電阻定律Rxl/S，得出計算金屬絲電阻率的公式_.實驗器材金屬絲_安培表伏特表直流電源_電鍵一個導線若干刻度尺實驗步驟1用螺旋測微器在被測金屬導線上的三個不同位置各測一次直徑，求出其平均值d，計算出導線的橫截面積S_.2將金屬絲兩端固定在接線柱上懸空掛直，用毫米刻度尺測量接入電路中的被測金屬導線的_長度，反復測量3次，求出其平均值l.3按如圖2所示的原理電路圖連接好用伏安法測電阻的實驗電路，把滑動變阻器的滑片調節(jié)到使接入電路中的電阻值_的位置4電路經檢查確認無誤后，閉合電鍵S，改變滑動變阻器滑片的位置，讀出幾組相應的電流表、電壓表的示數(shù)I和U的值，斷開電鍵S，求出導線電阻R的平均值應用指南測量時通過金屬絲的電流應控制在1.00 A以下，本實驗中安培表量程為00.6 A，每次通電時間應盡量短(以能讀取電表數(shù)據為準)，讀數(shù)完畢立即斷開電鍵S，防止溫度升高使金屬絲長度和電阻率發(fā)生明顯變化計算時，務必算出每次的電阻值再求平均值，不能先分別求電壓U和電流I的平均值，再由歐姆定律得平均值，否則會帶來較大計算誤差5將測得的R、l、d值代入電阻率計算公式中，計算出金屬導線的電阻率6拆去實驗線路，整理好實驗器材注意事項1測量被測金屬導線的有效長度，是指測量待測導線接入電路的兩個端點之間的長度，亦即電壓表并入兩點間的部分待測導線長度，測量時應將導線拉直2本實驗中被測金屬導線的電阻值較小，因此實驗電路必須采用電流表外接法3實驗連線時，應先從電源的正極出發(fā)，依次將電源、電鍵、電流表、待測金屬導線、滑動變阻器連成主干線路(閉合電路)連線時應避免接線交叉和正、負極接錯，最后再把電壓表并聯(lián)在待測金屬導線的兩端4閉合電鍵S之前，一定要使滑動變阻器的滑片處在有效電阻值最大的位置5在用伏安法測電阻時，通過待測導線的電流I的值不宜過大(電流表用00.6 A量程)，通電時間不宜過長，以免金屬導線的溫度明顯升高，造成其電阻率在實驗過程中逐漸增大誤差分析1金屬絲直徑、長度的測量讀數(shù)等人為因素帶來誤差2測量電路中電流表及電壓表對電阻測量的影響，因為電流表外接，所以R測<R真，由R，知測<真3通電電流過大，時間過長，致使電阻絲發(fā)熱，電阻率隨之變化帶來誤差.題型一游標卡尺或螺旋測微器的讀數(shù)和使用【例1】 (xx寧夏理綜22)某同學用游標卡尺測量一圓柱體的長度l，用螺旋測微器測量該圓柱體的直徑d，示數(shù)如圖3所示由圖可讀出l_cm，d_mm.游標卡尺精確到_，螺旋測微器精確到_圖3規(guī)范思維題型二電阻的測量【例2】圖4 (xx江蘇11)某同學利用如圖4所示的實驗電路來測量電阻的阻值(1)將電阻箱接入a、b之間，閉合開關適當調節(jié)滑動變阻器R后保持其阻值不變改變電阻箱的阻值R，得到一組電壓表的示數(shù)U與R的數(shù)據如下表：電阻R/5.010.015.025.035.045.0電壓U/V1.001.501.802.142.322.45請根據實驗數(shù)據作出UR關系圖象圖5(2)用待測電阻Rx替換電阻箱，讀得電壓表示數(shù)為2.00 V利用(1)中測繪的UR圖象可得Rx_.(3)使用較長時間后，電池的電動勢可認為不變，但內阻增大若仍用本實驗裝置和(1)中測繪的UR圖象測定某一電阻，則測定結果將_(選填“偏大”或“偏小”)現(xiàn)將一已知阻值為10 的電阻換接在a、b之間，你應如何調節(jié)滑動變阻器，便仍可利用本實驗裝置和(1)中測繪的UR圖象實現(xiàn)對待測電阻的準確測定？ 規(guī)范思維題型三測金屬的電阻率【例3】 (xx四川達州一中高三月考)如圖6所示(導線連線不完整)，某同學想測量某導電溶液的電阻率，先在一根均勻的長玻璃管兩端各安裝了一個電極(接觸電阻不計)，兩電極相距L0.700 m，其間充滿待測的導電溶液用如下器材進行測量：電壓表(量程15 V，內阻約30 k)電流表(量程300 A，內阻約50 )滑動變阻器(最大阻值10 ，額定電流1 A)電池組(電動勢E12 V，內阻r6 )單刀單擲開關一個，導線若干圖6表1是他測量通過管中導電液柱的電流及兩端電壓的實驗數(shù)據實驗中他還用20分度的游標卡尺測量了玻璃管的內徑，結果如圖7所示表1U/V01.03.05.07.09.011.0I/A02265109155175240圖7根據以上所述請回答下面的問題：(1)玻璃管內徑d的測量值為_cm；(2)根據表1數(shù)據在圖8坐標系中描點，請作出UI圖象，根據圖象求出電阻R_(保留兩位有效數(shù)字)；圖8(3)計算導電溶液的電阻率表達式是_(用R、d、L表示)，測量值為_m(保留兩位有效數(shù)字)；(4)請畫出測量導電溶液電阻的電路圖，并在圖6中補畫出未連接的導線規(guī)范思維1在做“探究決定導線電阻的因素”實驗時，下列操作正確的是()A若待測金屬導線是漆包線，應該用火燒去表面漆皮，輕輕抹去灰塵后再測金屬絲的直徑，千萬不可用小刀去刮漆皮，而兩端接頭部分則用紗布打磨干凈，以保證電路接觸良好B用米尺反復測量三次導線的總長度，求出平均值L，然后將導線接入測量電路中C估計待測金屬導線的總長，選擇合適的儀器和實驗電路D合上開關S，不斷增大滑動變阻器接入電路的有效阻值，記錄幾組對應的電流和電壓數(shù)值，計算出導線的總電阻2(1)用游標為50分度的游標卡尺測量某工件的長度時，示數(shù)如圖9所示，則測量結果應該讀作_ mm.圖9圖10(2)用螺旋測微器測圓柱體的直徑時，示數(shù)如圖10所示，此示數(shù)為_ mm.(3)在“探究決定導線電阻的因素”的實驗中，用電壓表測得金屬絲兩端的電壓U，用電流表測得通過金屬絲中的電流I，用螺旋測微器測得金屬絲的直徑d，測得數(shù)據如圖11所示，請從圖中讀出U_ V，I_ A，d_ m.圖113在“探究決定導線電阻的因素”的實驗中，圖12用螺旋測微器測量金屬絲直徑時的刻度位置如圖12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，然后根據電阻定律計算出該金屬材料的電阻率(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、開關和若干導線及下列器材：A電壓表03 V，內阻10 kB電壓表015 V，內阻50 kC電流表00.6 A，內阻0.05 D電流表03 A，內阻0.01 E滑動變阻器010 F滑動變阻器0100 要求較準確地測出其阻值，電壓表應選_，電流表應選_，滑動變阻器應選_(填序號)實驗中某同學的實物接線如圖13所示，請指出該同學實物接線中的兩處明顯錯誤圖13錯誤1：_錯誤2：_4(xx新課標22)為了測量一微安表頭A的內阻，某同學設計了如圖14所示的電路圖中，A0是標準電流表，R0和RN分別是滑動變阻器和電阻箱，S和S1分別是單刀雙擲開關和單刀開關，E是電池完成下列實驗步驟中的填空：(1)將S撥向接點1，接通S1，調節(jié)_，使待測表頭指針偏轉到適當位置，記下此時_的讀數(shù)I；(2)然后將S撥向接點2，調節(jié)_，使_，記下此時RN的讀數(shù)；(3)多次重復上述過程，計算RN讀數(shù)的_，此即為待測微安表頭內阻的測量值圖145(xx深圳中學月考)某學習小組為測量一銅芯電線的電阻率，他們截取了一段電線，用米尺測出其長度為L，用螺旋測微器測得其直徑為D，用多用電表測得其電阻值約為2 .為提高測量的精度，該小組的人員從下列器材中挑選了一些元件，設計了一個電路，重新測量這段導線(用Rx表示)的電阻A電源E(電動勢為3.0 V，內阻不計)B電壓表V(量程為03.0 V，內阻約為2 k)C電壓表V(量程為015.0 V，內阻約為6 k)D電流表A(量程為00.6 A，內阻約為1 )E電流表A(量程為03.0 A，內阻約為0.1 )F滑動變阻器R1(最大阻值10 ，額定電流2.0 A)G滑動變阻器R2(最大阻值1 k，額定電流1.0 A)H定值電阻R0(阻值為3 )I開關S一個，導線若干圖15(1)如圖15所示是該實驗小組用螺旋測微器對銅芯線直徑的某次測量，其讀數(shù)是_mm.(2)實驗時電壓表選_，電流表選_，滑動變阻器選_(只填代號)(3)為提高實驗的精確度，請你為該實驗小組設計電路圖，并畫在下面的方框中(4)某次測量時，電壓表示數(shù)為U，電流表示數(shù)為I，則該銅芯線材料的電阻率的表達式為：_.實驗學案35探究決定導線電阻的因素【基礎自主落實】實驗原理1固定刻度數(shù)可動刻度數(shù)3(1) 大阻值小阻值(2)外接法內接法5電壓表電流表毫米刻度尺螺旋測微器實驗器材螺旋測微器滑動變阻器實驗步驟1d2/42.有效3.最大【熱點題型精析】例1 2.256.8600.1 mm0.01 mm解析對游標卡尺：主尺刻度為22 mm，游標尺共10個格，分度為0.1 mm，且游標尺的第5個格與主尺刻度線對齊，因此它的讀數(shù)為l22 mm0.15 mm22.5 mm2.25 cm.對螺旋測微器：它精確到0.01 mm，固定尺刻度讀數(shù)為6.5 mm，可動尺刻度為36.00.01 mm0.360 mm，所以螺旋測微器的讀數(shù)為：d6.5 mm36.00.01 mm6.860 mm.規(guī)范思維游標卡尺和螺旋測微器的讀數(shù)是高考?？嫉膯栴}之一，讀數(shù)時不管題目怎么要求，先讀成毫米，這樣讀數(shù)的優(yōu)點是整數(shù)部分從固定尺上進行讀數(shù)，小數(shù)部分從螺旋尺上進行讀數(shù)游標卡尺不需要估讀，但是要注意游標尺是十分度還是二十分度或者五十分度的；螺旋測微器需要估讀，估讀到0.001 mm.例2 (1)UR關系圖象見下圖(2)20(1921都算對)(3)偏小；改變滑動變阻器阻值，使電壓表示數(shù)為1.50 V解析(1)根據表中數(shù)據，確定U、R軸刻度，使圖象盡量大一些，然后描點、連線用平滑曲線連接，且必須過(0,0)點(2)由作出的圖象得到相應的R值，約為20 .(3)由I知r增大后，計算出的R值會偏小，由題表知，要實現(xiàn)對待測電阻的準確測定，應改變滑動變阻器的阻值，使電壓表示數(shù)為1.50 V.規(guī)范思維本題是“替換法”測電阻的變形題，并且把“替換法”與圖象、電路分析相結合，使“替換法”有了新意例3 (1)3.075(2)4.5104(3)48(4)見解析解析(1)30 mm150.05 mm30.75 mm3.075 cm.(2)連線時要讓大多數(shù)點在一條直線上作出UI圖象如下圖所示從直線上取一點(155 A，7.0 V)，求出R4.5104 .(3)由RL/S，S(d/2)2，解出48 m.(4)在本題中，由于待測導電溶液電阻阻值較大，故應采用電流表的內接法，從表1可看出電表示數(shù)從零開始，故應采用滑動變阻器的分壓式接法電路圖與實物連接圖如下圖所示規(guī)范思維(1)電阻的測量問題有多種呈現(xiàn)形式，首先要確定的是電流表到底是采用“內接法”還是“外接法”(2)要正確連接實物圖，首先應明確實驗原理，畫出實驗原理圖(本題要求畫原理圖，如果不要求，也要先畫出原理圖，再畫連線圖)【課時效果檢測】1A2(1)10.40(2)2.720(3)1.700.4804851033(1)0.679(2)ACE錯誤1：導線連接在滑動變阻器的滑片上錯誤2：采用了電流表內接法解析(1)從螺旋測微器的主尺上可以看出，半毫米刻線已經露出來，因此主尺上應讀0.5 mm，可動刻度接近第18個刻線，可以估讀0.179 mm，所以該金屬絲直徑應為0.5 mm0.179 mm0.679 mm.(2)因為兩節(jié)干電池的電動勢是3 V，用3 V量程的電壓表A；因為金屬絲的電阻大約為5 ，如果把3 V的電動勢全加在金屬絲上，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 ，為了減小實驗誤差，應選10 的滑動變阻器E.4(1)R0標準電流表(或A0)(2)RN標準電流表(或A0)的讀數(shù)仍為I(3)平均值解析本題為用替代法測未知電流表的內阻，其實驗步驟為：(1)將S撥向接點1，接通S1，調節(jié)R0，使待測表頭指針偏轉到適當位置，記下此時標準電流表(或A0)的讀數(shù)I；(2)然后將S撥向接點2，調節(jié)RN，使標準電流表(或A0)的讀數(shù)仍為I，記下此時RN的讀數(shù)；(3)多次重復上述過程，計算RN讀數(shù)的平均值，此即為待測微安表頭內阻的測量值5(1)0.700(2)電路圖如圖所示(測量電路必須用電流表外接法，滑動變阻器采用分壓式接法亦可)(3)BDF(4)解析(1)螺旋測微器讀數(shù)時要注意固定刻度上0.5刻度是否已露出，對可動尺讀數(shù)時要注意估讀到小數(shù)點后第三位，單位為mm.(2)電源的電動勢為3.0 V，考慮到電壓表的量程和精確度兩個因素，電壓表應選B；干路中電流的最大值Imax A0.6 A，電流表應選D；考慮到實驗的準確性，滑動變阻器應選F.(3)比較電壓表內阻、電流表內阻和待測電阻的大小關系，可得測量電路必須用電流表外接法，滑動變阻器采用分壓式接法和限流式接法均可(4)由R、R和S()2聯(lián)立解得該銅芯線材料的電阻率的表達式為.