【21世纪原创】2017年秋高中物理人教选修3-1同步学案：2.6实验：测定金属的电阻率

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实验：测定金属的电阻率
【学习目标】
1.进一步掌握用伏安法测电阻的电路的设计思想.
2.掌握螺旋测微器的读数方法.3.掌握测定金属电阻率的实验原理、实验过程及数据处理方法．
【知识探究】
一、螺旋测微器的读数原理
1．构造及原理
如图1所示，它的测砧A和固定刻度B固定在 ( http: / / www.21cnjy.com )尺架C上，可动刻度E、旋钮D、微调旋钮D′是与测微螺杆F连在一起的，并通过精密螺纹套在B上，精密螺纹的螺距是0.5 mm，即旋钮D每转一周，测微螺杆F前进或后退______ mm，可动刻度分成50等份，每一等份表示________．2-1-c-n-j-y
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图1
2．使用方法
当A与F并拢时，可动刻度E的零点恰好跟固定 ( http: / / www.21cnjy.com )刻度B的零点重合，逆时针旋转旋钮D，将测微螺杆F旋出，把被测物体放入A、F之间的夹缝中，再顺时针旋转旋钮D，F快要接触被测物时，要停止使用旋钮D，改用微调旋钮D′，直到听到“咔、咔”声．
3．读数方法
L＝固定刻度示数＋可动刻度示数(估读一位)×分度值．
注意：(1)以毫米为单位时，小数点后面要有三位有效数字，特别是最后一位估读数字为零时，不能省略．
(2)在读数时注意半毫米刻度线是否已露出．
二、测定金属的电阻率
1．实验原理
(1)把金属丝接入电路中，用伏安法测金属丝的电阻R(R＝________)．电路原理图如图2所示．
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图2
(2)用____________测出金属丝的长度l，用__________测出金属丝的直径d，算出横截面积S(S＝)．21世纪教育网版权所有
(3)由电阻定律R＝________，得ρ＝＝＝，求出电阻率．
2．实验器材
螺旋测微器、____________、电压表、电流表、定值电阻、开关及导线、被测金属导线、电池、____________.21·cn·jy·com
3．实验步骤
(1)测直径：用螺旋测微器在被测金属导线上三个不同位置各测一次直径，并记录．
(2)连电路：按如图2所示的电路图连接实验电路．
(3)量长度：用____________测量接入电路中的被测金属导线的有效长度，重复测量3次，并记录．【来源：21cnj*y.co*m】
(4)求电阻：把滑动变阻器的滑动触头调节到 ( http: / / www.21cnjy.com )使接入电路中的电阻值________的位置，电路经检查确认无误后，闭合开关S.改变滑动变阻器滑动触头的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值，记入表格内，断开开关S.【出处：21教育名师】
(5)拆除实验电路，整理好实验器材．
4．数据处理
电阻R的数值可用以下两种方法确定：
(1)计算法：利用每次测量的U、I值分别计算出电阻，再求出电阻的________作为测量结果．
(2)图象法：可建立I－U坐标系，将测量的U、I值描点作出图象，利用图象的________来求出电阻值R.21教育网
5．实验注意事项
(1)因一般金属丝电阻较小，为了减少实验的系统误差，必须选择电流表________法；
(2)本实验若用限流式接法，在接通电源之前应将滑动变阻器调到阻值________状态．
(3)测量l时应测接入电路的金属丝的________长度(即两接线柱之间的长度)；在金属丝的3个不同位置上用螺旋测微器测量直径d.21教育名师原创作品
(4)电流不宜过______(电流表用0～0.6 A量程)，通电时间不宜________，以免电阻率因温度升高而变化.21*cnjy*com
【题型探究】
一、实验原理与操作
例1　在“探究电阻与长度、横截面积的关系”的实验中，用刻度尺测量金属丝直径时的刻度位置如图3所示，金属丝的匝数为36，用米尺测出金属丝的长度L，金属丝的电阻大约为5 Ω，先用伏安法测出金属丝的电阻R，然后用控制变量法探究电阻与导体长度、横截面积的关系．
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图3
(1)从图中读出金属丝的直径为________mm.
(2)为此取来两节新的干电池、开关和若干导线及下列器材：
A．电压表0～3 V，内阻约10 kΩ
B．电压表0～15 V，内阻约50 kΩ
C．电流表0～0.6 A，内阻约0.05 Ω
D．电流表0～3 A，内阻约0.01 Ω
E．滑动变阻器，0～10 Ω
F．滑动变阻器，0～100 Ω
①要求较准确地测出其阻值，电压表应选________，电流表应选________，滑动变阻器应选________．(填序号)【版权所有：21教育】
②实验中某同学的实物接线如图4所示，请指出该同学实物接线中的两处明显错误．
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图4
错误a：________________________________________________________________________；
错误b：________________________________________________________________________.
二、仪器的读数及数据处理
例2　利用螺旋测微器、米尺和如图5所示的器材(其中电流表的内阻为1 Ω，电压表的内阻为5 kΩ)测量一根粗细均匀的阻值约为5 Ω的金属丝的电阻率．
(1)用笔画线代替导线，将图中的器 ( http: / / www.21cnjy.com )材连接成实物电路，要求连线不能交叉，电流表、电压表应该选择合适的量程(已知电源的电动势为6 V，滑动变阻器的阻值为0～20 Ω)．
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图5
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图6
(2)实验时，用螺旋测微器测量金属 ( http: / / www.21cnjy.com )丝的直径和用米尺测量金属丝的长度示数如图6所示，电流表、电压表的读数如图7所示．则金属丝两端的电压U＝________，电流I＝________，金属丝的长度l＝______________，直径d＝________.
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图7
(3)该金属丝的电阻率是________．(保留两位有效数字)
【达标检测】
1．某同学探究电阻丝的电阻与哪些因素有关．有如下器材：
A．电源E(电动势为4 V)；
B．电流表A1(量程5 mA，内阻约为10 Ω)；
C．电流表A2(量程0.6 A，内阻约为1 Ω)；
D．电压表V1(量程3 V，内阻约为1 kΩ)；
E．电压表V2(量程15 V，内阻约为3 kΩ)；
F．滑动变阻器R1(阻值0～2 Ω)；
G．滑动变阻器R2(阻值0～20 Ω)；
H．开关及导线若干．
他对电阻丝做了有关测量，数据如下表所示．
编号 金属丝直径D/mm 金属丝直径的平方D2/mm2 金属丝长度L/cm 电阻R/Ω
1 0.30 0.09 100.00 14.20
2 0.30 0.09 50.00 7.15
3 0.60 0.36 100.00 3.60
(1)图8是测量编号为2的电阻丝电阻时的备选 ( http: / / www.21cnjy.com )原理图，则该同学应选择电路________(选填“甲”或“乙”)进行测量．选用的器材代号为________．21cnjy.com
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图8
(2)请写出电阻R与L、D ( http: / / www.21cnjy.com )间的关系式R＝________(比例系数用ρ表示)．根据表中数据，求出比例系数ρ＝______Ω·m(结果保留两位有效数字)．www.21-cn-jy.com
2．在“测定金属的电阻率”的实验中需要测出其长度L、直径d和电阻R.
(1)用螺旋测微器测金属丝直径时读数如图9甲，则金属丝的直径为________mm.
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图9
(2)若用图乙测金属丝的电阻，则测量结果将比真实值________．(填“偏大”或“偏小”)
(3)用电压表和电流表测金属丝的电压和电流时读数如图10所示，则电压表的读数为________V，电流表的读数为________A.2·1·c·n·j·y
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图10
答案精析
知识探究
一、1.0.5　0.01 mm
二、1.(1)　(2)毫米刻度尺　螺旋测微器
(3)ρ　2.毫米刻度尺　滑动变阻器
3．(3)毫米刻度尺　(4)最大　
4．(1)平均值　(2)斜率　5.(1)外接
(2)最大　(3)有效　(4)大　太长
题型探究　例1　(1)0.703　(2)①A　C　E　②错误a：导线连接在滑动变阻器的滑片上
错误b：采用了电流表内接法
解析　(1)从图中可读出 ( http: / / www.21cnjy.com )紧密绕制的金属丝的宽度为2.53 cm，故直径为≈0.070 3 cm＝0.703 mm(0.701 mm～0.705 mm均可)．【来源：21·世纪·教育·网】
(2)①因为两节干电池的电动势是3 V ( http: / / www.21cnjy.com )，用3 V量程的电压表A；因为金属丝的电阻大约为5 Ω，如果把3 V的电动势全加在金属丝上，电流才是0.6 A，因此用量程是0.6 A的电流表C；此题中金属丝的电阻大约为5 Ω，为了减小实验误差，应选10 Ω的滑动变阻器E.
例2　(1)见解析图　(2)2.20 V　0.44 A　30.50 cm　1.850×10－3 m
(3)4.4×10－5 Ω·m
解析　(1)由于金属丝的电阻比电压表的 ( http: / / www.21cnjy.com )内阻小得多，因此采用电流表外接法；由于金属丝的电阻比滑动变阻器的总电阻要小，因此采用限流式接法，为了保证滑动变阻器起限流作用，滑动变阻器应该连接“B、C”或“A、D”接线柱；由题图可以看出电流表应该连接“－”接线柱和“0.6”接线柱，具体连线如图所示．21·世纪*教育网
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(2)电压表的量程是3 V，所以读 ( http: / / www.21cnjy.com )数是2.20 V；电流表的量程是0.6 A，所以读数是0.44 A；由于螺旋测微器的半毫米刻度线已经露出，因此读数是1.850×10－3 m；米尺的读数是40.50 cm－10.00 cm＝30.50 cm.www-2-1-cnjy-com
(3)由电阻定律得ρ＝＝＝ Ω·m
≈4.4×10－5 Ω·m.
达标检测
1．(1)甲　ACDGH　(2)　1.0×10－6
2．(1)0.697(0.696,0.698也对)
(2)偏小　(3)2.60　0.52
解析　(1)螺旋测微器的读数为
(0＋0.5＋0.01×19.7) mm＝0.697 mm.
(0.696 mm,0.698 mm也对)
(2)题图乙中电流表采用外接法，故测量值 ( http: / / www.21cnjy.com )偏小．(3)电压表精度为0.1 V，其读数为2.60 V；电流表精度为0.02 A，其读数应为0.52 A.21*cnjy*com
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