高三物理-电学实验(1)探究导体电阻与其影响因素的定量关系

学员编号： 年 级： 高三 课 时 数：3 学员姓名： 辅导科目： 物理 学科教师： 授课主题 探究导体电阻与其影响因素的定量关系 授课日期及时段 教学内容 一、专题检测 1 “探究导体电阻与其影响因素的定量关系”的实验中，以下操作中错误的是( ) A．用米尺量出金属丝的全长三次，算出其平均值 B．用螺旋测微器在金属丝三个不同部位各测量一次直径，算出其平均值 C．用伏安法测电阻时采用电流表内接法，多次测量后算出平均值 D．实验中应保持金属丝的温度不变 答案：选AC.应量出金属丝接入电路中的有效长度，而不是全长；金属丝的电阻很小，与电压表内阻相差很大，使金属丝与电压表并联，电压表对它的分流作用很小，应采用电流表外接法．故A、C操作错误． 2 在“探究导体电阻与其影响因素的定量关系”的实验中，用螺旋测微器测量金属丝直径时的刻度位置如图所示，用米尺测量金属丝的长度l＝1.000 m．金属丝的电阻大约为5.0 Ω.先用伏安法测出金属丝的电阻，然后根据电阻定律计算出该金属的电阻率． (1)从图中读出金属丝的直径为________mm。 (2) 在用伏安法测定金属丝的电阻时，除被测金属丝外，还有以下供选择的实验器材： A．直流电源：电动势约4.5 V，内阻很小； B．直流电压表 V：量程0～3 V，内阻3 kΩ； C．直流电流表A1：量程0～0.6 A，内阻0.125 Ω； D．直流电流表A2：量程0～3.0 A，内阻0.025 Ω； E．滑动变阻器R1：最大阻值10 Ω； F．滑动变阻器R2：最大阻值50 Ω； G．开关、导线若干． 在可供选择的器材中，应该选用的电流表是________，应该选用的滑动变阻器是________． (3)根据所选的器材和实验电路图，用笔画线代替导线将实物连接成实验电路． 答案：(1)(0.520±0.002) (2)A1 R1 (3)如图所示 二、知识梳理 1实验目的 （1）掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法； （2）掌握螺旋测微器的使用和读数方法； （3）会用伏安法测电阻，进一步测定金属的电阻率． 2实验原理 （1）螺旋测微器 ①构造：如图所示是常用的螺旋测微器．它的小砧A和固定刻度S固定在框架F上．旋钮K、微调旋钮K′和可动刻度H、测微螺杆P连在一起，通过精密螺纹套在S上． ②原理：测微螺杆P与固定刻度S之间的精密螺纹的螺距为0.5 mm，即旋钮K每旋转一周，P前进或后退0.5 mm，而可动刻度H上的刻度为50等份，每转动一小格，P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：测量时被测物体长度的整数毫米数由固定刻度读出，小数部分由可动刻度读出．测量值(毫米)＝固定刻度数(毫米)(注意半毫米刻线是否露出)＋可动刻度数(估读一位)×0.01(毫米)。 如图所示，固定刻度示数为2.0 mm，不足半毫米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. 特别提示：使用螺旋测微器读数时，以毫米为单位，有三位小数． （2）游标卡尺 ①构造(如图所示)：主尺、游标尺(主尺和游标尺上各有一个内外测量爪)、游标尺上还有一个深度尺，尺身上还有一个紧固螺钉． ②用途：测量厚度、长度、深度、内径、外径． ③原理：利用主尺的最小分度与游标尺的最小分度的差值制成． 不管游标尺上有多少个小等分刻度，它的刻度部分的总长度比主尺上的同样多的小等分刻度少1 mm.常见的游标卡尺的游标尺上小等分刻度有10个的、20个的、50个的，见下表： ④读数：若用x表示由主尺上读出的整毫米数，K表示从游标尺上读出与主尺上某一刻线对齐的游标的格数，则记录结果表达为(x＋K×精确度)mm. （3）伏安法测电阻 U①原理：R＝，用电压表测定电阻两端的电压U，用电流表测定流过电阻的电流I. I②电流表的内接法和外接法的比较 ③两种电路的选择 a 阻值比较法：先将待测电阻的估计值与电压表、电流表内阻进行比较，若Rx较小，宜采用电流表外接法；若Rx较大，宜采用电流表内接法．简单概括为“大内偏大，小外偏小”． b 临界值计算法 RxRVRA时，用电流表内接法． c 实验试探法：按图接好电路，让电压表一根接线柱P先后与a、b处接触一下，如果电压表的示数有较大的变化，而电流表的示数变化不大，则可采用电流表外接法；如果电流表的示数有较大的变化，而电压表的示数变化不大，则可采用电流表内接法． |ΔU||ΔI|特别提示：电表示数变化大小是指相对变化的大小，即比较与的大小． UI（4）测电阻率的原理 把金属丝接入图7－3－5所示的电路中，用电压表测金属丝两端的电压，用电流表测金属丝中的电流，根据URx＝计算金属丝的电阻Rx，然后用米尺测量金属丝的有效长度l，用螺旋测微器测量金属丝的直径d，计算出金IRxSπd2U属丝的横截面积S；根据电阻定律Rx＝ρl/S，得出计算金属丝电阻率的公式ρ＝＝ l4lI （5）滑动变阻器限流接法和分压接法的选择 ①两种接法比较 方式 限流接法 内容 两种接法电路图 负载RL上电压调节范围 负载RL上电流调节范围 闭合S前触头位置 电路总功率 RLE≤UL≤E RL＋R0EE≤IL≤ RLRL＋R0b端 EIL 0≤UL≤E 0≤IL≤E RL 分压接法 对比说明 串、并联关系不同 分压电路调节范围大 分压电路调节范围大 都为了保护电路元件 分压电路耗能较多 a端 E(IL＋IaP) ②限流电路、分压电路的选择原则 限流式适合测量阻值小的电阻(跟滑动变阻器的总电阻相比相差不多或比滑动变阻器的总电阻还小)．分压式 适合测量阻值较大的电阻(一般比滑动变阻器的总电阻要大)．两种电路均可使用的情况下，应优先采用限流式接 法，因为限流式接法电路简单、耗能低． 下列三种情况下，必须采用分压接法: a 要使某部分电路的电压或电流从零开始连续变化． b 采用限流接法，电路中的最小电流(电压)超过仪表量程或电阻的最大允许电流． c 滑动变阻器远小于被测电阻或电路中串联的其他电阻阻值远大于滑动变阻器． 若待测电阻与滑动变阻器的最大阻值相差不多时，可以用限流式解法。 3实验器材 被测金属丝、螺旋测微器、毫米刻度尺、电池组、电流表、电压表、滑动变阻器、开关、导线若干． 4实验步骤与数据分析 （1）实验步骤 ①用螺旋测微器在被测金属丝的三个不同位置各测一次直径，求出其平均值． ②按图所示的原理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 ④把滑动变阻器的滑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S，改变滑动变阻器滑片的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值，填入记录表格内，断开电键S，求出导线电阻Rx的平均值． ⑤整理仪器． （2）数据处理 ①在求Rx的平均值时可用两种方法 U a 第一种是用Rx＝算出各次的数值，再取平均值． I b 第二种是用U－I图线的斜率求出． Sπd2U②计算电阻率：将记录的数据Rx、l、d的值，代入电阻率计算公式ρ＝Rx＝. l4lI（3）误差分析 ①金属丝直径、长度的测量带来误差． l②测量电路中电流表及电压表对电阻测量的影响，因为电流表外接，所以R测