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    2024届高考物理一轮复习专题八恒定电流实验八测定金属丝的电阻率课件

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    这是一份2024届高考物理一轮复习专题八恒定电流实验八测定金属丝的电阻率课件,共58页。PPT课件主要包含了~20Ω,替代法,半偏法,R1和R2,电桥法等内容,欢迎下载使用。

    2.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.
    3.伏安法测电阻(1)电流表的内接法和外接法的比较.
    4.滑动变阻器的限流接法和分压接法(1)特点.
    (2)选择原则.①“以小控大用分压,相差无几用限流”.a.采用分压式接法时,一般应选用最大阻值较小、而额定电流较大的滑动变阻器.b.采用限流式接法时,一般应选用最大阻值比待测电阻稍大或差不多的滑动变阻器.②必须采用分压式接法的三种情况:a.要求电压从零开始变化;b.滑动变阻器阻值太小,不能起到限流的作用;c.限流式接法不能获取有区分度的多组数据.
    7.注意事项(1)本实验中被测金属导线的电阻值较小,因此实验电路一般采用电流表外接法.(2)实验连线时,应先从电源的正极出发,依次将电源、开关、电流表、待测金属导线、滑动变阻器连成主干线路(闭合电路),然后再把电压表并联在待测金属导线的两端.(3)测量被测金属导线的有效长度,是指测量待测导线接入电路的两个端点之间的长度,亦即电压表两端点间的待测导线长度,测量时应将导线拉直,反复测量三次,求其平均值.(4)测金属导线直径一定要选三个不同部位进行测量,求其平均值.
    (5)闭合开关S之前,一定要使滑动变阻器的滑片处在有效电阻值最大的位置.(6)在用伏安法测电阻时,通过待测导线的电流强度I不宜过大(电流表用0~0.6 A量程),通电时间不宜过长,以免金属导线的温度明显升高,造成其电阻率在实验过程中逐渐增大.
    8.误差分析(1)采用伏安法测量金属丝的电阻时,由于采用的是电流表外接法,测量值小于真实值,使电阻率的测量值偏小.(2)由于金属丝通电后发热升温,会使金属丝的电阻率变大,造成测量误差.
    基本仪器的使用1.螺旋测微器的使用(1)螺旋测微器的构造.如图所示是常用的螺旋测微器.它的测砧A和固定刻度B固定在尺架C上.旋钮D,微调旋钮D'和可动刻度E,测微螺杆F连在一起,通过精密螺纹套在B上.
    (2)螺旋测微器的原理.测微螺杆F与固定刻度B之间的精密螺纹的螺距为0.5 mm,即旋钮D每旋转一周,F前进或后退0.5 mm,而可动刻度E上的刻度为50等份,每转动一小格,F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毫米数由固定刻度读出,小数部分由可动刻度读出.测量值(mm)=固定刻度数(mm)(注意半毫米刻度线是否露出)+可动刻度数(估读一位)×0.01(mm).
    2.游标卡尺(1)构造: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,其规格见下表:
    (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格数,则记录结果表达为(x+k×精确度) mm.
    2.注意:实验中由于金属丝的电阻较小,采用电流表外接法,由于电压表分流,导致测量的电阻偏小,因而得到的电阻率偏小,这是该实验的系统误差.
    例1 在“测量金属丝的电阻率”的实验中,(1)利用螺旋测微器测量合金丝的直径d时,螺旋测微器的示数如图甲所示,则该合金丝直径的测量值d=________mm. 
    (2)如果测出合金丝电阻为r,直径为d,长度为l,则该合金电阻率的表达式ρ=________.(用上述字母及通用数学符号表示) (3)实验时因电压表的量程不合适,而使用了量程为0~15 mA 的电流表G和电阻箱改装而成的电压表.请按图乙所示的电路图在图丙中完成实物连线.(注意:图中已经有的连线不能改动,电流表G量程用0~15 mA)
    变式1 某同学要测定某金属丝的电阻率.(1)如图甲是用游标卡尺测量其长度,为________cm,如图乙是用螺旋测微器测量其直径,为_________________________mm,如图丙是用多用表×1挡粗测其电阻,为________Ω. 
    0.400(0.399~0.401均可)
    (2)为了减小实验误差,需进一步测其电阻,除待测金属丝外,实验室还备有的实验器材如下:A.电压表V1(量程0~3 V,内阻约为15 kΩ);电压表V2(量程0~15 V,内阻约为75 kΩ)B.电流表A1(量程0~0.6 A,内阻约为1 Ω);电流表A2(量程0~3 A,内阻约为0.2 Ω)C.滑动变阻器R1(0~5 Ω,0.6 A)D.滑动变阻器R2(0~2 000 Ω,0.1 A)E.15 V的干电池两节,内阻不计F.电阻箱G.开关S,导线若干为了测多组实验数据,则滑动变阻器应选用(填“R1”或“R2”)__________. 
    (3)请设计合理的实验电路,并在虚线框中画出来. 
    (4)用上面测得的金属丝的长度l、直径d和电阻R,可根据电阻率的表达式ρ=________算出所测金属的电阻率. 
    命题二 实验拓展创新 [创新考查]“测定金属的电阻率”实验的核心是导线电阻的测量,除伏安法外,还有几种常用的方法,这也是本实验的主要创新点.(1)安安法:将其中一个电流表(内阻已知)串联一个已知电阻作为电压表来测电压(相当于电表改装).(2)伏伏法:若电压表内阻已知,则可将其当作电流表、电压表和定值电阻来使用.
    (3)替代法测电阻如图所示,先让待测电阻与一电流表串联后接到电动势恒定的电源上,读出电流表示数I;然后将电阻箱与电流表串联后接到同一电源上,调节电阻箱的阻值,使电流表的示数仍为I,则电阻箱的示数即等于待测电阻的阻值.
    (4)半偏法测电流表内阻(如图).
    1.32(1.31~1.33均可)
    1.05×10-6(0.95~1.10×10-6均可)
    变式2 小明用如图甲所示的电路测量电阻Rx的阻值(约几百欧).R是滑动变阻器,R0是电阻箱,S2是单刀双掷开关,部分器材规格在图乙中已标出.
    (1)据图甲实验电路,在图乙中用笔画线代替导线将实物图连接完整.
    (2)正确连接电路后,断开S1,S2接“1”,调节多用电表,将两表笔接触Rx两端的接线柱,粗测其阻值,此过程中存在的问题是__________________________,正确操作后,粗测出Rx的阻值为R1. (3)小明通过下列步骤,较准确测出Rx的阻值.①将滑动变阻器的滑片P调至图甲中的A端.闭合S1,将S2拨至“1”,调节变阻器的滑片P至某一位置,使电压表的示数满偏;②调节电阻箱R0,使其阻值________(填“大于”或“小于”)R1; ③将S2拨至“2”,保持变阻器滑片P的位置不变,调节电阻箱的阻值,使电压表再次满偏,此时电阻箱示数为R2,则Rx=__________. 
    待测电阻未与其他元件断开 
    测电阻的其他几种方法    一、差值法测电阻
    例1 (2022年全国卷)一同学探究阻值约为550 Ω的待测电阻Rx在0~5 mA范围内的伏安特性.可用器材有:电压表V(量程为0~3 V,内阻很大),电流表A(量程为0~1 mA,内阻为300 Ω),电源E(电动势约为4 V,内阻不计),滑动变阻器R(最大阻值可选10 Ω或1.5 kΩ),定值电阻R0(阻值可选75 Ω或150 Ω),开关S,导线若干.
    (1)要求通过Rx的电流可在0~5 mA范围内连续可调,将图甲所示的器材符号连线,画出实验电路的原理图.
    (2)实验时,图甲中的R应选最大阻值为________(填“10 Ω”或“1.5 kΩ”)的滑动变阻器,R0应选阻值为________(填“75 Ω”或“150 Ω”)的定值电阻. (3)测量多组数据可得Rx的伏安特性曲线.若在某次测量中,电压表、电流表的示数分别如图乙和图丙所示,则此时Rx两端的电压为______V,流过Rx的电流为________mA,此组数据得到的Rx的阻值为________Ω(保留3位有效数字). 
    【解析】(1)电流表内阻已知,电流表与R0并联扩大电流表量程,进而准确测量通过Rx的电流,电压表单独测量Rx的电压.滑动变阻器采用分压式接法,电表从0开始测量,满足题中通过Rx的电流从0~5 mA连续可调,电路图如图.
    变式1 (2022年全国甲卷)某同学要测量微安表内阻,可利用的实验器材有:电源E(电动势1.5 V,内阻很小),电流表(量程0~10 mA,内阻约10 Ω),微安表(量程0~100 μA,内阻Rg待测,约1 kΩ),滑动变阻器R(最大阻值10 Ω),定值电阻R0(阻值10 Ω),开关S,导线若干.
    (1)将图中所示的器材符号连线,画出实验电路原理图.
    (2)某次测量中,微安表的示数为90.0 μA,电流表的示数为9.00 mA,由此计算出微安表内阻Rg=________Ω. 
    例2 (2022年湖北卷)某探究小组学习了多用电表的工作原理和使用方法后,为测量一种新型材料制成的圆柱形电阻的电阻率,进行了如下实验探究.(1)该小组用螺旋测微器测量该圆柱形电阻的直径D,示数如图甲所示,其读数为________mm.再用游标卡尺测得其长度L. 
    (2)该小组用如图乙所示的电路测量该圆柱形电阻Rx的阻值.图中电流表量程为0~0.6 A、内阻为1.0 Ω,定值电阻R0的阻值为20.0 Ω,电阻箱R的最大阻值为999.9 Ω.首先将S2置于位置1,闭合S1,多次改变电阻箱R的阻值,记下电流表的对应读数I,实验数据见下表.
    (3)由(2)可知E=12 V,r=3.0 Ω.(4)根据表达式E=I'(r+R0+RA+Rx),因电源电动势变小,内阻变大,则当安培表有相同读数时,得到的Rx的值偏小,即Rx测量值偏小.
    (2)用画线代替导线,按图甲电路在图乙中把实物图连接完整.
    (3)操作步骤如下:①断开S1、S2,将R1调到最大,连接好电路;②闭合S1,调节R1,使电流表G满偏;③保持R1的滑片不动,再闭合S2,调节R2,使电流表G的示数为100 μA,此时,电阻箱示数如图丙,由此可得出电流表G的内阻rg=________Ω. (4)为修正上述测量的系统误差,该同学再找来量程为0~250 μA的电流表G1,将其串接在干路上,重复上述步骤①②,再闭合S2,调节________(填“R1”“R2”或“R1和R2”),使电流表G的示数为100 μA时,电流表G1的示数为200 μA,此时,由上述半偏法可更准确得出rg的值. 
    例4 某同学利用如图甲所示的电路测量一微安表(量程为0~100 μA,内阻约为2 500 Ω)的内阻.可使用的器材有:两个滑动变阻器R1、R2(其中一个阻值为20 Ω,另一个阻值为2 000 Ω);电阻箱Rz(最大阻值为99 999.9 Ω);电源E(电动势约为1.5 V);单刀开关S1和S2.C、D分别为两个滑动变阻器的滑片.
    (1)按原理图甲将图乙中的实物连线.
    (2)完成下列填空:①R1的阻值为________Ω(填“20”或“2 000”). ②为了保护微安表,开始时将R1的滑片C滑到图甲中滑动变阻器的______(填“左”或“右”)端对应的位置;将R2的滑片D置于中间位置附近. ③将电阻箱Rz的阻值置于2 500.0 Ω,接通S1.将R1的滑片置于适当位置,再反复调节R2的滑片D的位置,最终使得接通S2前后,微安表的示数保持不变,这说明S2接通前B与D所在位置的电势________(填“相等”或“不相等”). ④将电阻箱Rz和微安表位置对调,其他条件保持不变,发现将Rz的阻值置于2 601.0 Ω时,在接通S2前后,微安表的示数也保持不变.待测微安表的内阻为________Ω(结果保留到个位). 
    (3)写出一条提高测量微安表内阻精度的建议:_______________________________________________________________ 
    为了提高测量精度,应调节R1上的分压,尽可能使微安表接近满量程.
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