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文檔簡介
(本欄目對應(yīng)學生用書P188)實驗八測定金屬絲的電阻率目錄1核心知識·優(yōu)化增分2高分能力·突破瓶頸3方法研練·素養(yǎng)提升4課后提能演練
3.伏安法測電阻(1)電流表的內(nèi)接法和外接法的比較.比較電路圖誤差來源測量值與真實值的比較適用范圍外接法
電壓表分流(Rx?RV)測小電阻內(nèi)接法
電流表分壓(Rx?RA)測大電阻
4.滑動變阻器的限流接法和分壓接法(1)特點.接法比較限流接法分壓接法對比說明兩種接法電路圖
串、并聯(lián)關(guān)系不同負載R上電壓調(diào)節(jié)范圍0≤U≤E分壓電路中電壓的調(diào)節(jié)范圍大負載R上電流調(diào)節(jié)范圍分壓電路調(diào)節(jié)范圍大(2)選擇原則.①“以小控大用分壓,相差無幾用限流”.a.采用分壓式接法時,一般應(yīng)選用最大阻值較小、而額定電流較大的滑動變阻器.b.采用限流式接法時,一般應(yīng)選用最大阻值比待測電阻稍大或差不多的滑動變阻器.②必須采用分壓式接法的三種情況:a.要求電壓從零開始變化;b.滑動變阻器阻值太小,不能起到限流的作用;c.限流式接法不能獲取有區(qū)分度的多組數(shù)據(jù).
7.注意事項(1)本實驗中被測金屬導線的電阻值較小,因此實驗電路一般采用電流表外接法.(2)實驗連線時,應(yīng)先從電源的正極出發(fā),依次將電源、開關(guān)、電流表、待測金屬導線、滑動變阻器連成主干線路(閉合電路),然后再把電壓表并聯(lián)在待測金屬導線的兩端.(3)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,亦即電壓表兩端點間的待測導線長度,測量時應(yīng)將導線拉直,反復(fù)測量三次,求其平均值.(4)測金屬導線直徑一定要選三個不同部位進行測量,求其平均值.(5)閉合開關(guān)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.(6)在用伏安法測電阻時,通過待測導線的電流強度I不宜過大(電流表用0~0.6A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.8.誤差分析(1)采用伏安法測量金屬絲的電阻時,由于采用的是電流表外接法,測量值小于真實值,使電阻率的測量值偏小.(2)由于金屬絲通電后發(fā)熱升溫,會使金屬絲的電阻率變大,造成測量誤差.基本儀器的使用1.螺旋測微器的使用(1)螺旋測微器的構(gòu)造.如圖所示是常用的螺旋測微器.它的測砧A和固定刻度B固定在尺架C上.旋鈕D,微調(diào)旋鈕D'和可動刻度E,測微螺桿F連在一起,通過精密螺紋套在B上.(2)螺旋測微器的原理.測微螺桿F與固定刻度B之間的精密螺紋的螺距為0.5mm,即旋鈕D每旋轉(zhuǎn)一周,F(xiàn)前進或后退0.5mm,而可動刻度E上的刻度為50等份,每轉(zhuǎn)動一小格,F(xiàn)前進或后退0.01mm,即螺旋測微器的精確度為0.01mm.讀數(shù)時估讀到毫米的千分位上,因此,螺旋測微器又叫千分尺.(3)讀數(shù):測量時被測物體長度的整毫米數(shù)由固定刻度讀出,小數(shù)部分由可動刻度讀出.測量值(mm)=固定刻度數(shù)(mm)(注意半毫米刻度線是否露出)+可動刻度數(shù)(估讀一位)×0.01(mm).2.游標卡尺(1)構(gòu)造:主尺、游標尺(主尺和游標尺上各有一個內(nèi)外測量爪)、游標尺上還有一個深度尺,尺身上還有一個緊固螺釘.(2)用途:測量厚度、長度、深度、內(nèi)徑、外徑.(3)原理:利用主尺的最小分度與游標尺的最小分度的差值制成.不管游標尺上有多少個小等分刻度,它的刻度部分的總長度比主尺上的同樣多的小等分刻度少1mm.常見的游標卡尺的游標尺上小等分刻度有10個的、20個的、50個的,其規(guī)格見下表:(4)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格數(shù),則記錄結(jié)果表達為(x+k×精確度)mm.刻度格數(shù)(分度)刻度總長度每小格與1mm的差值精確度(可精確到)109mm0.1mm0.1mm2019mm0.05mm0.05mm5049mm0.02mm0.02mm
例1在“測量金屬絲的電阻率”的實驗中,(1)利用螺旋測微器測量合金絲的直徑d時,螺旋測微器的示數(shù)如圖甲所示,則該合金絲直徑的測量值d=
mm.
(2)如果測出合金絲的電阻為r,直徑為d,長度為l,則該合金電阻率的表達式ρ=
.(用上述字母及通用數(shù)學符號表示)
0.770
(3)實驗時因電壓表的量程不合適,而使用了量程為0~15mA的電流表G和電阻箱改裝而成的電壓表.請按圖乙所示的電路圖在圖丙中完成實物連線.(注意:圖中已經(jīng)有的連線不能改動,電流表G量程用0~15mA)(3)如圖
變式1某同學要測定某金屬絲的電阻率.(1)如圖甲是用游標卡尺測量其長度,為
cm,如圖乙是用螺旋測微器測量其直徑,為
mm,如圖丙是用多用表×1擋粗測其電阻,為
Ω.
7.0150.400(0.399~0.401均可)6(2)為了減小實驗誤差,需進一步測其電阻,除待測金屬絲外,實驗室還備有的實驗器材如下:A.電壓表V1(量程0~3V,內(nèi)阻約為15kΩ);電壓表V2(量程0~15V,內(nèi)阻約為75kΩ)B.電流表A1(量程0~0.6A,內(nèi)阻約為1Ω);電流表A2(量程0~3A,內(nèi)阻約為0.2Ω)C.滑動變阻器R1(0~5Ω,0.6A)D.滑動變阻器R2(0~2000Ω,0.1A)E.15V的干電池兩節(jié),內(nèi)阻不計F.電阻箱G.開關(guān)S,導線若干為了測多組實驗數(shù)據(jù),則滑動變阻器應(yīng)選用
(填“R1”或“R2”).
R1(3)請設(shè)計合理的實驗電路,并在虛線框中畫出來.(3)如圖(4)用上面測得的金屬絲的長度l、直徑d和電阻R,可根據(jù)電阻率的表達式ρ=
算出所測金屬的電阻率.
命題二實驗拓展創(chuàng)新[創(chuàng)新考查]“測定金屬的電阻率”實驗的核心是導線電阻的測量,除伏安法外,還有幾種常用的方法,這也是本實驗的主要創(chuàng)新點.(1)安安法:將其中一個電流表(內(nèi)阻已知)串聯(lián)一個已知電阻作為電壓表來測電壓(相當于電表改裝).(2)伏伏法:若電壓表內(nèi)阻已知,則可將其當作電流表、電壓表和定值電阻來使用.
例2
(2023年廣東卷)某興趣小組設(shè)計了測量鹽水電導率的實驗.所用器材有:電源E(電動勢恒定,內(nèi)阻可忽略);毫安表(量程為0~15mA,內(nèi)阻可忽略);電阻R1(阻值為500Ω)、R2(阻值為500Ω)、R3(阻值為600Ω)和R4(阻值為200Ω);開關(guān)S1和S2;裝有耐腐蝕電極板和溫度計的有機玻璃樣品池;導線若干.請完成下列實驗操作和計算.(1)電路連接圖甲為實驗原理圖.在圖乙的實物圖中,已正確連接了部分電路,只有R4一端的導線還未連接,該導線應(yīng)接到R3的
(填“左”或“右”)端接線柱.
甲乙右(2)鹽水電導率和溫度的測量①測量并記錄樣品池內(nèi)壁的長、寬、高.在樣品池中注滿待測鹽水.②閉合開關(guān)S1,
開關(guān)S2,毫安表的示數(shù)為10.0mA,記錄此時毫安表的示數(shù).計算得到流過樣品池的電流I1為
mA.
③
開關(guān)S2,毫安表的示數(shù)為15.0mA,記錄此時毫安表的示數(shù).計算得到流過樣品池的電流I2為
mA.
④斷開開關(guān)S1,測量并記錄鹽水的溫度.甲乙斷開40.0閉合60.0(3)根據(jù)上述數(shù)據(jù),計算得到樣品池兩電極板間待測鹽水的電阻為
Ω,進而可求得該溫度時待測鹽水的電導率.
100甲乙
變式2
(2024年江西卷)某小組欲設(shè)計一種電熱水器防觸電裝置,其原理是:當電熱管漏電時,利用自來水自身的電阻,可使漏電電流降至人體安全電流以下.為此,需先測量水的電阻率,再進行合理設(shè)計.(1)如圖1所示,在絕緣長方體容器左右兩側(cè)安裝可移動的薄金屬板電極,將自來水倒入其中,測得水的截面寬d=0.07m和高h=0.03m.
(2)現(xiàn)有實驗器材:電流表(量程0~300μA,內(nèi)阻RA=2500Ω)、電壓表(量程0~3V或0~15V,內(nèi)阻未知)、直流電源(3V)、滑動變阻器、開關(guān)和導線.請在圖1中畫線完成電路實物連接.如圖(3)連接好電路,測量26℃的水在不同長度l時的電阻值Rx.將水溫升到65℃,重復(fù)測量.繪出26℃和65℃水的Rx-l圖線,分別如圖2中甲、乙所示.(4)若Rx-l圖線的斜率為k,則水的電阻率表達式為ρ=
(用k、d、h表示).實驗結(jié)果表明,溫度
(填“高”或“低”)的水更容易導電.
kdh高(5)測出電阻率后,擬將一段塑料水管安裝于熱水器出水口作為防觸電裝置.為保證出水量不變,選用內(nèi)直徑為8.0×10-3m的水管.若人體的安全電流為1.0×10-3A,熱水器出水溫度最高為65℃,忽略其他電阻的影響(相當于熱水器220V的工作電壓直接加在水管兩端),則該水管的長度至少應(yīng)設(shè)計為
m.(保留2位有效數(shù)字).
0.46
測電阻的其他幾種方法一、差值法測電阻安安法
伏伏法
例1
(2024年佛山模擬)由于實驗室沒有提供電流表,某實驗小組利用兩個電壓表測量電阻Rx的阻值.實驗小組設(shè)計如圖甲所示的電路圖進行實驗:(1)請根據(jù)電路圖連接圖乙中的實物圖.甲乙丙(1)如圖(2)閉合開關(guān)S前,滑動變阻器的滑片移動到最
(填“左”或“右”)端.
(3)閉合開關(guān)S,適當調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片,記錄電壓表V1、V2的示數(shù)U1、U2.(4)重復(fù)步驟(3),測量多組U1和U2值.甲乙丙右(5)根據(jù)測量數(shù)據(jù)作出U2-U1的關(guān)系圖線如圖丙所示,求得直線的斜率為k,可以得到Rx=
.(用斜率k和定值電阻R0表示)
(6)因電壓表V1、V2為非理想電表,用該方法測得的Rx阻值與其真實值相比
(填“偏大”“偏小”或“相等”).
甲乙丙
變式某同學要測量微安表內(nèi)阻,可利用的實驗器材有:電源E(電動勢為1.5V,內(nèi)阻很?。娏鞅恚砍?~10mA,內(nèi)阻約10Ω),微安表(量程0~100μA,內(nèi)阻Rg待測,約1kΩ),滑動變阻器R(最大阻值10Ω),定值電阻R0(阻值10Ω),開關(guān)S,導線若干.(1)將圖中所示的器材符號連線,畫出實驗電路原理圖.(1)如圖(2)某次測量中,微安表的示數(shù)為90.0μA,電流表的示數(shù)為9.00mA,由此計算出微安表內(nèi)阻Rg=
Ω.
990
二、替代法電流等效替代
雙擲開關(guān)分別與1、2相接,調(diào)節(jié)電阻箱R1,保證電流表兩次讀數(shù)相等,則R1的讀數(shù)即等于待測電阻的阻值電壓等效替代
雙擲開關(guān)分別與1、2相接,調(diào)節(jié)電阻箱R1,保證電壓表兩次讀數(shù)相等,則R1的讀數(shù)即等于待測電阻的阻值例2
(2023年全國乙卷)一學生小組測量某金屬絲(阻值約十幾歐姆)的電阻率.現(xiàn)有實驗器材:螺旋測微器、米尺、電源E、電壓表(內(nèi)阻非常大)、定值電阻R0(阻值10.0Ω)、滑動變阻器R、待測金屬絲、單刀雙擲開關(guān)K、開關(guān)S、導線若干.圖甲是學生設(shè)計的實驗電路原理圖.完成下列填空:(1)實驗時,先將滑動變阻器R接入電路電阻調(diào)至最大,閉合S.(2)將K與1端相連,適當減小滑動變阻器R接入電路的電阻,此時電壓表讀數(shù)記為U1,然后將K與2端相連,此時電壓表讀數(shù)記為U2.由此得到流過待測金屬絲的電流I=
,金屬絲的電阻r=
.(結(jié)果均用R0、U1、U2表示)
(3)繼續(xù)微調(diào)R,重復(fù)(2)的測量過程,得到多組測量數(shù)據(jù),如下表所示:(4)利用上述數(shù)據(jù),得到金屬絲的電阻r=14.2Ω.U1/mV0.570.710.851.141.43U2/mV0.971.211.451.942.43
(5)用米尺測得金屬絲長度L=50.00cm.用螺旋測微器測量金屬絲不同位置的直徑,某次測量的示數(shù)如圖乙所示,該讀數(shù)為d=
mm.多次測量后,得到直徑的平均值恰與d相等.
(6)由以上數(shù)據(jù)可得,待測金屬絲所用材料的電阻率ρ=
×10-7Ω·m.(保留2位有效數(shù)字)
0.150
5.0
三、半偏法半偏法
測量電流表內(nèi)阻閉合S1,斷開S2,調(diào)節(jié)R1使電流表G滿偏;閉合S2,只調(diào)節(jié)R2,使電流表G半偏(R1?R2),則R2=R測,R測<R真
測量電壓表內(nèi)阻使R2=0,閉合S,調(diào)節(jié)R1使電壓表V滿偏;只調(diào)節(jié)R2使電壓表V半偏(RV?R1),則R2=R測,R測>R真例3用半偏法測量電流表G的內(nèi)阻,某同學設(shè)計了如圖甲所示電路,器材如下:A.待測電流表G:量程0~200μAB.干電池一節(jié),電動勢:E=1.5VC.電阻箱:0~999.9ΩD.滑動變阻器:0~10kΩE.滑動變阻器:0~500ΩF.開關(guān)兩個,導線若干(1)連接電路時,圖甲中的R1應(yīng)選擇滑動變阻器
(填“D”或“E”).
D(2)用畫線代替導線,按圖甲電路在圖乙中把實物圖連接完整.(2)如圖(3)操作步驟如下:①斷開S1、S2,將R1調(diào)到最大,連接好電路;②閉合S1,調(diào)節(jié)R1,使電流表G滿偏;③保持R1的滑片不動,再閉合S2,調(diào)節(jié)R2,使電流表G的示數(shù)為100μA,此時,電阻箱示數(shù)如圖丙,由此可得出電流表G的內(nèi)阻rg=
Ω.
242.7(4)為修正上述測量的系統(tǒng)誤差,該同學再找來量程為0~250μA的電流表G1,將其串接在干路上,重復(fù)上述步驟①②,再閉合S2,調(diào)節(jié)
(填“R1”“R2”或“R1和R2”),使電流表G的示數(shù)為100μA時,電流表G1的示數(shù)為200μA,此時,由上述半偏法可更準確得出rg的值.
R1和R2
四、電橋法電橋法
例4某同學利用如圖甲所示的電路測量一微安表(量程為0~100μA,內(nèi)阻約為2500Ω)的內(nèi)阻.可使用的器材有:兩個滑動變阻器R1、R2(其中一個阻值為20Ω,另一個阻值為2000Ω);電阻箱Rz(最大阻值為99999.9Ω);電源E(電動勢約為1.5V);單刀開關(guān)S1和S2.C、D分別為兩個滑動變阻器的滑片.(1)按原理圖甲將圖乙中的實物連線.(1)如圖(2)完成下列填空:①R1的阻值為
Ω(填“20”或“2000”).
②為了保護微安表,開始時將R1的滑片C滑到圖甲中滑動變阻器的
(填“左”或“右”)端對應(yīng)的位置;將R2的滑片D置于中間位置附近.
③將電阻箱Rz的阻值置于2500.0Ω,接通S1.將R1的滑片置于適當位置,再反復(fù)調(diào)節(jié)R2的滑片D的位置,最終使得接通S2前后,微安表的示數(shù)保持不變,這說明S2接通前B與D所在位置的電勢
(填“相等”或“不相等”).
20左相等④將電阻箱Rz和微安表位置對調(diào),其他條件保持不變,發(fā)現(xiàn)將Rz的阻值置于2601.0Ω時,在接通S2前后,微安表的示數(shù)也保持不變.待測微安表的內(nèi)阻為
Ω(結(jié)果保留到個位).
(3)寫出一條提高測量微安表內(nèi)阻精度的建議:
.
2550調(diào)節(jié)R1上的分壓,盡可能使微安表接近滿量程
知識鞏固練1.在“測定金屬的電阻率”實驗中,待測金屬導線的電阻Rx約為5Ω,實驗室備有下列實驗器材:A.電壓表V1(量程3V,內(nèi)阻約為15kΩ)B.電壓表V2(量程15V,內(nèi)阻約為75kΩ)C.電流表A1(量程3A,內(nèi)阻約為0.2Ω)D.電流表A2(量程600mA,內(nèi)阻約1Ω)E.滑動變阻器R1(0~10.0Ω,0.6A)(本欄目對應(yīng)學生用書P410~411)F.滑動變阻器R2(0~2000Ω,0.1A)G.電池E(電動勢為3V,內(nèi)阻約為0.3Ω)H.開關(guān)S,導線若干(1)為提高實驗精確度,減小實驗誤差,應(yīng)選用的實驗器材除G、H外,還有
.(填選項前的字母)
(2)為減小實驗誤差,應(yīng)選用下圖中
(填“甲”或“乙”)為該實驗的電路圖.此接法的測量值
(填“大于”“小于”或“等于”)真實值.
A、D、E甲小于(3)若兩電表的示數(shù)分別如圖丙所示,則電阻值為
Ω(保留兩位有效數(shù)字).
4.8
2.(2024年湛江一中模擬)精密儀器中常用到金屬膜電阻,它是通過金屬電鍍工藝將金屬層濺射到絕緣陶瓷基底的表面形成的.如圖甲所示,某金屬膜電阻長度為L,金屬膜厚度為h.實驗室提供的器材有:干電池2節(jié),電壓表V(量程0~3V,內(nèi)阻約3kΩ),電流表(0~5mA,內(nèi)阻約為50Ω),滑動變阻器(最大阻值10Ω),開關(guān)S,導線若干.某同學用圖乙所示電路測量該金屬膜電阻的電阻率.(1)閉合S前,應(yīng)將滑動變阻器的滑片置于
(填“a”或“b”)端.
(2)用螺旋測微器測量鍍膜后的陶瓷管直徑D,示數(shù)如圖丙所示,則D=
mm.
(3)閉合開關(guān)后,移動滑片,測出多組電表示數(shù)的U、I值,并畫出U-I圖像如圖丁所示,可得金屬膜電阻的阻值R=
Ω.
a3.700645(610~650都對)(4)用字母D、L、R、h表示金屬膜電阻的電阻率ρ=
.
(5)金屬膜電阻的電阻率測量值偏大,試寫出產(chǎn)生誤差的主要原因
.
電流表采用內(nèi)接法,在電路中電流表分壓,致使電阻率測量值偏大
3.小明通過實驗測量一種合金的電阻率.(1)如圖甲所示,用螺旋測微器測量合金絲的直徑時,從調(diào)節(jié)到讀數(shù)的過程中,螺旋測微器上三個部件①、②、③使用的先后順序應(yīng)該為
、
、①,如圖乙所示,測得該合金絲的直徑為d=
mm.
②③0.380(2)按圖丙連接電路,請在圖丁中將電路原理圖補充完整.(2)見解析(3)小明利用刻度尺測出合金絲接入電路的長度l.閉合開關(guān),
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