新教材高中物理必修三 第十一章电路及其应用3 实验2.docx
- 文档编号:9951954
- 上传时间:2023-05-22
- 格式:DOCX
- 页数:12
- 大小:43.39KB
新教材高中物理必修三 第十一章电路及其应用3 实验2.docx
《新教材高中物理必修三 第十一章电路及其应用3 实验2.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《新教材高中物理必修三 第十一章电路及其应用3 实验2.docx(12页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
新教材高中物理必修三第十一章电路及其应用3实验2
实验2 金属丝电阻率的测量
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1所示.
图1
(2)用毫米刻度尺测出金属丝的有效长度l,用螺旋测微器测出金属丝的直径d,算出横截面积S(S=
).
(3)由电阻定律R=ρ
,得ρ=
=
=
,求出电阻率.
2.实验器材
螺旋测微器或游标卡尺、毫米刻度尺、电压表、电流表、开关及导线、待测金属丝、电池、滑动变阻器.
3.实验步骤
(1)测直径:
用螺旋测微器在待测金属丝上三个不同位置各测一次直径,并记录.
(2)连电路:
按如图1所示的电路图连接实验电路.
(3)测长度:
用毫米刻度尺测量接入电路中的待测金属丝的有效长度,重复测量3次,并记录.
(4)求电阻:
把滑动变阻器的滑动触头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.
(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,再求出电阻的平均值作为测量结果.
(2)图像法:
可建立U-I坐标系,将测量的U、I值描点作出图像,利用图像的斜率来求出电阻值R.
5.注意事项
(1)因一般金属丝电阻较小,为了减小实验的系统误差,必须选择电流表外接法;
(2)测量l时应测接入电路的金属丝的有效长度(即两接线柱之间的长度,且金属丝伸直);在金属丝的3个不同位置上用螺旋测微器测量直径d.
(3)电流不宜过大(电流表用0~0.6A量程),通电时间不宜太长,以免电阻率因温度升高而变化.
一、实验原理及操作
在“金属丝电阻率的测量”的实验中,用刻度尺测量金属丝直径时的刻度位置如图2所示,金属丝的匝数为39,用米尺测出金属丝的长度L,金属丝的电阻大约为5Ω,先用伏安法测出金属丝的电阻R,
图2
(1)从图中得出金属丝的直径为________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0~3V,内阻约10kΩ
B.电压表0~15V,内阻约50kΩ
C.电流表0~0.6A,内阻约0.05Ω
D.电流表0~3A,内阻约0.01Ω
E.滑动变阻器,0~10Ω
F.滑动变阻器,0~100Ω
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)
②实验中某同学的实物连线如图3所示,请指出该同学实物连线中的两处明显错误.
图3
错误a:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________;
错误b:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
答案
(1)0.649(0.645~0.651均可)
(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)从题图中可读出紧密绕制的金属丝的宽度为2.53cm,故直径为
≈0.0649cm=0.649mm(0.645~0.651mm均可).
(2)①因为两节干电池的电压是3V,故用3V量程的电压表A;因为金属丝的电阻大约为5Ω,如果把3V的电压全加在金属丝上,电流才是0.6A,因此用量程是0.6A的电流表C;此题中金属丝的电阻大约为5Ω,为了减小实验误差且便于调节,应选10Ω的滑动变阻器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.
二、实验数据处理
在“金属丝电阻率的测量”实验中,所用测量仪器均已校准.待测金属丝接入电路部分的长度约为50cm.
图4
(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径,其中某一次测量结果如图4所示,其读数应为________mm(该值接近多次测量的平均值).
(2)用伏安法测金属丝的电阻Rx.实验所用器材为电池组(电压3V)、电流表(内阻约0.1Ω)、电压表(内阻约3kΩ)、滑动变阻器R(0~20Ω,额定电流2A)、开关、导线若干.
某小组同学利用以上器材正确连接好电路,进行实验测量,记录数据如下:
次数
1
2
3
4
5
6
7
U/V
0.10
0.30
0.70
1.00
1.50
1.70
2.30
I/A
0.020
0.060
0.160
0.220
0.340
0.460
0.520
这个小组的同学在坐标纸上建立U-I坐标系,如图5所示,图中已标出了与测量数据对应的4个坐标点.请在图中标出第2、4、6次测量数据的坐标点,并描绘出U-I图线.由图线得到金属丝的阻值Rx=________Ω(保留两位有效数字).
图5
(3)根据以上数据可以估算出金属丝电阻率约为________.
A.1×10-2Ω·mB.1×10-3Ω·m
C.1×10-6Ω·mD.1×10-8Ω·m
答案
(1)0.398(0.395~0.399均可)
(2)见解析图 4.4(4.3~4.7均可) (3)C
解析
(1)螺旋测微器的读数为0mm+39.8×0.01mm=0.398mm.
(2)图线应过原点,选尽可能多的点连成一条直线,不在直线上的点均匀分布在直线两侧,明显偏离的点应舍去,如图所示.
图线的斜率反映了金属丝的电阻,因此金属丝的电阻值Rx≈4.4Ω.
(3)根据Rx=ρ
得金属丝的电阻率ρ=
=
=
Ω·m
≈1×10-6Ω·m,故选项C正确.
针对训练 用伏安法测量电阻R的阻值,进而求出电阻率ρ,某实验小组测出了6组电压、电流值,并在U-I图像中进行描点,如图6所示.
(1)根据图像中描点情况,写出分析数据求解R值的步骤:
___________________________
_____________________________________________________________________________.
图6
(2)求出的电阻值R=________.(保留3位有效数字)
(3)待测电阻是由均匀材料制成的圆柱体,用50分度的游标卡尺测量其长度与直径,结果分别如图7甲、乙所示.由图可知其长度为________cm,直径为________cm.
图7
(4)由以上数据可求出ρ=________.(保留1位有效数字)
答案
(1)见解析
(2)229Ω(217~237Ω均正确) (3)0.800 0.190 (4)8×10-2Ω·m
解析
(1)①作U-I图线,图线应为过原点的直线,使直线过尽可能多的点,不在直线上的点均匀分布在直线两侧,偏离直线较远的点(左起第2个点)应舍弃;②求该直线的斜率k,则R=k.
(2)在图像中的直线上取两点,求出R≈229Ω.
(3)题图甲读数l=8mm+0×0.02mm=8.00mm=0.800cm
题图乙读数d=1mm+45×0.02mm=1.90mm=0.190cm
(4)由R=ρ
,得ρ=
=
Ω·m≈8×10-2Ω·m
1.现有一合金制成的圆柱体,为测量该合金的电阻率,现用伏安法测圆柱体两端之间的电阻,用螺旋测微器测量该圆柱体的直径,用游标卡尺测量该圆柱体的长度.螺旋测微器和游标卡尺的示数如图8(a)和(b)所示.
图8
(1)圆柱体的直径为________mm,长度为________cm.
(2)若流经圆柱体的电流为I,圆柱体两端间的电压为U,圆柱体的直径和长度分别用D、L表示,则用测得的D、L、I、U表示的电阻率的关系式为ρ=________.
答案
(1)1.847 4.240
(2)
解析
(1)由题图(a)可知,螺旋测微器固定刻度示数为1.5mm,可动刻度示数为34.7×0.01mm=0.347mm,螺旋测微器示数为1.5mm+0.347mm=1.847mm;
由题图(b)可知,游标卡尺主尺示数为4.2cm,游标尺示数为8×0.05mm=0.40mm,游标卡尺示数为42mm+0.40mm=42.40mm=4.240cm;
(2)根据电阻定律,有R=ρ
=ρ
,又R=
解得ρ=
.
2.在“金属丝电阻率的测量”的实验中,待测金属丝的电阻Rx约为5Ω,实验室备有下列实验器材:
A.电压表(量程0~3V,内阻约为15kΩ);
B.电压表(量程0~15V,内阻约为75kΩ);
C.电流表(量程0~3A,内阻约为0.2Ω);
D.电流表(量程0~0.6A,内阻约为1Ω);
E.滑动变阻器R1(0~10Ω,0.6A);
F.滑动变阻器R2(0~2000Ω,0.1A);
G.电池组E(3V);
H.开关S,导线若干.
(1)为减小实验误差,应选用的实验器材有________(填器材前面的序号).
(2)为减小实验误差,本实验采用电路图如图9所示.请把如图10中的实物图用线连接起来.
图9
图10
(3)若用毫米刻度尺测得金属丝长度为60.00cm,用螺旋测微器测得金属丝的直径及两电表的示数如图11所示,则金属丝的直径为__________mm,电阻值为__________Ω.
图11
答案
(1)ADEGH
(2)见解析图 (3)0.636(0.634~0.638均可) 2.4
解析
(1)由于电源电动势为3V,所以电压表应选A;被测电阻约为5Ω,电路中的最大电流约为I=0.6A,电流表应选D;根据滑动变阻器允许通过的最大电流可知,滑动变阻器应选E;还要选用电池组和开关,导线若干.故应选用的实验器材有A、D、E、G、H.
(2)实物连接如图所示.
(3)从螺旋测微器可以读出金属丝的直径为0.636mm,从电压表可以读出电阻两端电压为1.20V,从电流表可以读出通过电阻的电流为0.50A,被测金属丝的阻值为
Rx=
=
Ω=2.4Ω.
1.图1甲、乙和丙分别是用游标卡尺和螺旋测微器测量长度,图甲读数为________,图乙读数为________,图丙读数为________.
图1
答案 4.120cm 0.990mm 1.510mm
解析 题图甲主尺上读数为4.1cm,游标尺上第10格与主尺刻度对齐,精确度为0.02mm,故读数为41mm+0.02×10mm=41.20mm=4.120cm.题图乙螺旋测微器固定刻度读数为0.5mm,可动刻度上读数为49.0×0.01mm,故读数为0.5mm+49.0mm×0.01=0.990mm.题图丙中固定刻度读数为1.5mm,可动刻度读数为0.010mm,长度为1.510mm.
2.(2018·齐齐哈尔市高二期末)在做“金属丝电阻率的测量”实验时.
图2
(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径.如图2所示,由图读出金属丝的直径是________mm.
(2)需要对金属丝的电阻进行测量.已知金属丝的电阻阻值Rx约为5Ω;一位同学用伏安法对这个电阻的阻值进行了比较精确的测量,这位同学想使被测电阻Rx两端的电压从零开始调节.他可选用的器材有:
A.直流电源(6V,内阻不计)
B.直流电流表(量程0~0.6A,内阻约为5Ω)
C.直流电流表(量程0~3A,内阻约为0.1Ω)
D.直流电压表(量程0~3V,内阻约为6kΩ)
E.直流电压表(量程0~15V,内阻约为15kΩ)
F.滑动变阻器(0~10Ω,2A)
G.滑动变阻器(0~1kΩ,0.5A)
H.开关
I.导线若干
以上器材中电流表选用________(填序号),电压表选用________(填序号),滑动变阻器选用________(填序号).
(3)请在方框中画出实验电路图.
答案
(1)0.740
(2)B D F (3)见解析图
解析
(1)金属丝的直径是:
0.5mm+0.1mm×24.0=0.740mm.
(2)电源电压为6V,电压表选择量程为0~3V的D;待测电阻阻值约为5Ω,电路中的最大电流不超过I=
A=0.6A,则电流表选B;滑动变阻器应选择阻值较小的F.
(3)实验电路图如图所示
3.一根细长而均匀的金属管线样品,长约60cm,电阻约6Ω,截面图如图3所示.
(1)用螺旋测微器测量金属管线的外径,示数如图4所示,金属管线的外径为________mm.
图3 图4
(2)实验室有如下器材:
A.电流表(量程0.6A,内阻约0.1Ω)
B.电流表(量程3A,内阻约0.03Ω)
C.电压表(量程3V,内阻约3kΩ)
D.滑动变阻器(1750Ω,0.3A)
E.滑动变阻器(15Ω,3A)
F.蓄电池(6V,内阻不计)
G.开关一个,带夹子的导线若干
要进一步精确测量金属管线样品的阻值,电流表应选________,滑动变阻器应选________.(只填代号字母).
(3)将如图5所示的实物电路补充完整.
图5
(4)金属管线样品材料的电阻率为ρ,通过多次测量得出金属管线的电阻为R,金属管线的外径为d,要想求得金属管线内形状不规则的中空部分的截面积S,在前面实验的基础上,还需要测量的物理量是________.计算中空部分截面积的表达式为S=________.
答案
(1)1.125±0.001
(2)A E
(3)如图所示
(4)管线长度L
-
4.(2019·天津卷改编)现测定长金属丝的电阻率.
(1)某次用螺旋测微器测量金属丝直径的结果如图6所示,其读数是________mm.
图6
(2)利用下列器材设计一个电路,尽量准确地测量一段金属丝的电阻.这段金属丝的电阻Rx约为100Ω,画出实验电路图,并标明器材代号.
电源E(电压10V)
电流表A1(量程0~250mA,内阻R1=5Ω)
电流表A2(量程0~300mA,内阻约为5Ω)
滑动变阻器R(最大阻值10Ω,额定电流2A)
开关S及导线若干
(3)某同学设计方案正确,测量得到电流表A1的读数为I1,电流表A2的读数为I2,则这段金属丝电阻的计算式Rx=________.
答案
(1)0.200(0.196~0.204均可)
(2)如图所示
(3)
解析
(1)由螺旋测微器的读数规则可知,该金属丝的直径应为0mm+20.0×0.01mm=0.200mm;
(2)对提供的实验器材分析可知,由于滑动变阻器的总电阻比待测电阻的阻值小得多,因此滑动变阻器应采用分压接法,由于没有提供电压表,因此可以用内阻已知的电流表充当电压表,即将A1作为电压表,由于A1的内阻已知,因此A2应采用外接法;
(3)由电路图可知,Rx=
.
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 新教材高中物理必修三 第十一章电路及其应用 实验2 新教材 高中物理 必修 第十一 电路 及其 应用 实验