经验告诉我们,成功是留给有准备的人。高中教师要准备好教案,这是老师职责的一部分。教案可以让讲的知识能够轻松被学生吸收,让高中教师能够快速的解决各种教学问题。关于好的高中教案要怎么样去写呢?小编经过搜集和处理,为您提供高考物理基础知识要点复习实验七测定金属的电阻率,希望能对您有所帮助,请收藏。
20xx届高三物理一轮复习全案:实验七测定金属的电阻率(选修3-1)
【考纲知识梳理】
一、实验目的
学会用伏安法测量电阻的阻值,测定金属的电阻率。
二、实验原理
用刻度尺测一段金属导线的长度,用螺旋测微器测导线的直径,用伏安法测导线的电阻,根据电阻定律,金属的电阻率。
1、(1)螺旋测微器(又叫千分尺)是比游标卡尺更精密的测量长度的工具,用它测长度可以准确到0.01mm,测量范围为几个厘米。
(2)螺旋测微器是依据螺旋放大的原理制成的,即螺杆在螺母中旋转一周,螺杆便沿着旋转轴线方向前进或后退一个螺距的距离。因此,沿轴线方向移动的微小距离,就能用圆周上的读数表示出来。螺旋测微器的精密螺纹的螺距是0.5mm,可动刻度有50个等分刻度,可动刻度旋转一周,测微螺杆可前进或后退0.5mm,因此旋转每个小分度,相当于测微螺杆前进或后退这0.5/50=0.01mm。可见,可动刻度每一小分度表示0.01mm,所以以螺旋测微器可准确到0.01mm。由于还能再估读一位,可读到毫米的千分位,故又名千分尺
(3)测量时,当小砧和测微螺杆并拢时,可动刻度的零点若恰好与固定刻度的零点重合,旋出测微螺杆,并使小砧和测微螺杆的面正好接触待测长度的两端,那么测微螺杆向右移动的距离就是所测的长度。这个距离的整毫米数由固定刻度上读出,小数部分则由可动刻度读出。
(4)使用螺旋测微器应注意以下几点:
①测量时,在测微螺杆快靠近被测物体时应停止使用旋钮,而改用微调旋钮,避免产生过大的压力,既可使测量结果精确,又能保护螺旋测微器。
②在读数时,要注意固定刻度尺上表示半毫米的刻线是否已经露出。
③读数时,千分位有一位估读数字,不能随便扔掉,即使固定刻度的零点正好与可动刻度的某一刻度线对齐,千分位上也应读取为“0”。
④当小砧和测微螺杆并拢时,可动刻度的零点与固定刻度的零点不相重合,将出现零误差,应加以修正,即在最后测长度的读数上去掉零误差的数值。
2、伏安法测电阻
电路:
如果是理想情况,即RA→0,Rv→∞时,两电路测量的数值应该是相同的。
(1)外接法
U侧是Rx两端电压,是准确的,I测是过Rx和总电流,所以偏大。R测偏小,是由于电压表的分流作用造成的。
实际测的是Rx与Rv的并联值,随Rv↑,误差将越小。
(2)内接法
I测是过Rx的电流,是准确的,U测是加在Rx与上总电压,所以偏大。
R测偏大,是由于电流表的分压作用造成的。
三、实验器材
被测金属导线、米尺、螺旋测微器、电流表、电压表、直流电源、电键、滑动变阻器、导线若干。
【要点名师精解】
一、实验步骤
1.用螺旋测微器在被测金属导线上的三个不同位置各测一次直径,求出其平均值d;
2.按图所示的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L;
4.把滑动变阻器的滑动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K。改变滑动变阻器滑动片的位置,读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值,记入记录表格内,断开电键K。求出导线电阻R的平均值;
5.将测得R、L、d的值,代入电阻率计算公式中,计算出金属导线的电阻率;
6.拆去实验线路,整理好实验器材。
实验结论
根据电阻定律,得金属的电阻率,所以只要先用伏安法测出金属丝电阻,用刻度尺测金属丝长度,用螺旋测微器测金属丝直径,然后代入公式即可。在测电阻时,如果是小电阻,则电流表用外接法;反之,如果电阻较大,则电流表用内接法。由于金属丝电阻一般较小(相对于电压表内阻来说),故做本实验时应采用电流表外接法.至于滑动变阻器是采用限流式还是分压式,可根据实验所提供的器材及要求而灵活选取.若无特别要求,一般可用限流式。
【例1】(2008山东理综23)(12分)2007年诺贝尔物理学奖授予两位发现“巨磁电阻”效应的物理学家。材料的电阻随磁场的增加而增大的现象称为磁阻效应,利用这种效应可以测量磁感应强度。
若图1为某磁敏电阻在室温下的电阻-磁感应强度特性曲线,其中RB、R0分别表示有、无磁场时磁敏电阻的阻值。为了测量磁感应强度B,需先测量磁敏电阻处于磁场中的电阻值RB。请按要求完成下列实验
(1)设计一个可以测量磁场中该磁敏电阻阻值的电路,在图2虚线框内画出实验电路原理图(磁敏电阻及所处磁场已给出,待测磁场感应强度大小约为0.6~1.0T,不考虑磁场对电路其它部分的影响)。要求误差较小。提供的器材如下:
A.磁敏电阻,无磁场时阻值
B.滑动变阻器R,全电阻约
C.电流表○,量程2.5mA,内阻约
D.电压表○,量程3V,内阻约3k
E.直流电源E,电动势3V,内阻不计
F.开关S,导线若干
(2)正确接线后,将磁敏电阻置入待测磁场中,测量数据如下表:
123456
U(V)0.000.450.911.501.792.71
I(mA)0.000.300.601.001.201.80
根据上表可求出磁敏电阻的测量值
结合图1可行待测磁场的磁感应强度T。
(3)试结合图1简要回答,磁感应强度B在0~0.2T和0.4~1.0T范围内磁敏电阻阻值的变化规律有何不同?
(4)某同学查阅相关资料时看到了图3所示的磁敏电阻在一定温度下的电阻-磁感应强度特性曲线(关于纵轴对称),由图线可以得到什么结论?
解析:(1)滑动变阻器阻值小,为了有效地调节电路,需采用分压式接法,由图29-10甲可知,在待测磁场磁感应强度大小约为0.6T~1.0T时,Rn大约为R0的6倍~12倍,大于,所以采用的电流表内接法。
(2)依据欧姆定律,由表中后五组测量数据求磁敏电阻值,求平均值得出磁敏电阻的测量值
。因为,由图29-10甲可知,对应的磁感应强度。
(3)见答案。
(4)见答案。
答案:
(1)如图29-11所示
(2)15000.90
(3)在0~0.2T范围内,磁敏电阻的阻值随磁感应强度非线性变化(或不均匀变化);在0.4T~1.0T范围内,磁敏电阻的阻值磁感应强度线性变化(或均匀变化)。
(4)磁场反向,磁敏电阻的阻值不变。
【感悟高考真题】
1、(2009江苏物理,10,8分)有一根圆台状均匀质合金棒如图甲所示,某同学猜测其电阻的大小与该合金棒的电阻率ρ、长度L和两底面直径d、D有关。他进行了如下实验:
(1)用游标卡尺测量合金棒的两底面直径d、D和长度L。图乙中游标卡尺(游标尺上有20个等分刻度)的读数L=________cm.
(2)测量该合金棒电阻的实物电路如图丙所示(相关器材的参数已在图中标出)。该合金棒的电阻约为几个欧姆。图中有一处连接不当的导线是__________.(用标注在导线旁的数字表示)
(3)改正电路后,通过实验测得合金棒的电阻R=6.72Ω.根据电阻定律计算电阻率为ρ、长为L、直径分别为d和D的圆柱状合金棒的电阻分别为Rd=13.3Ω、RD=3.38Ω.他发现:在误差允许范围内,电阻R满足R2=RdRD,由此推断该圆台状合金棒的电阻R=_______.(用ρ、L、d、D表述)
答案:(1)9.940(2)⑥(3)
解析:(1)游标卡尺的读数,按步骤进行则不会出错。首先,确定游标卡尺的精度为20分度,即为0.05mm,然后以毫米为单位从主尺上读出整毫米数99.00mm,注意小数点后的有效数字要与精度一样,再从游标尺上找出对的最齐一根刻线,精度格数=0.058mm=0.40mm,最后两者相加,根据题目单位要求换算为需要的数据,99.00mm+0.40mm=99.40mm=9.940cm
(2)本实验为测定一个几欧姆的电阻,在用伏安法测量其两端的电压和通过电阻的电流时,因为安培表的内阻较小,为了减小误差,应用安培表外接法,⑥线的连接使用的是安培表内接法。
(3)审题是处理本题的关键,弄清题意也就能够找到处理本题的方法。根据电阻定律计算电阻率为、长为L、直径分别为d和D的圆柱状合金棒的电阻分别为Rd=13.3Ω、RD=3.38Ω.即,,而电阻R满足R2=RdRD,将Rd、RD带入得
2、(2009广东物理,16,14分)某实验小组利用实验室提供的器材探究一种金属丝的电阻率。所用的器材包括:输出为3V的直流稳压电源、电流表、待测金属丝、螺旋测微器(千分尺)、米尺、电阻箱、开关和导线等。
(1)他们截取了一段金属丝,拉直后固定在绝缘的米尺上,并在金属丝上夹上一个小金属夹,金属夹,金属夹可在金属丝上移动。请根据现有器材,设计实验电路,并连接电路实物图14
(2)实验的主要步骤如下:
①正确连接电路,设定电阻箱的阻值,开启电源,合上开关;
②读出电流表的示数,记录金属夹的位置;
③断开开关,_________________,合上开关,重复②的操作。
(3)该小组测得电流与金属丝接入长度关系的数据,并据此绘出了图15的关系图线,其斜率为________A-1m-1(保留三位有效数字);图线纵轴截距与电源电动势的乘积代表了______的电阻之和。
(4)他们使用螺旋测微器测量金属丝的直径,示数如图16所示。金属丝的直径是______。图15中图线的斜率、电源电动势和金属丝横截面积的乘积代表的物理量是________,其数值和单位为___________(保留三位有效数字)。
答案:⑴电路图如图所示
⑵③读出接入电路中的金属丝的长度
⑶1.63电源的内阻与电阻箱
⑷0.200mm金属丝的电阻率1.54×10-7Ωm
解析:依据实验器材和实验目的测量金属丝的电阻率,电路图如图所示;电路实物图如图所示,依据闭合电路欧姆定律得,参照题目给出的图像可得,可见直线的斜率,可知斜率、电源电动势和金属丝横截面积的乘积代表的物理量是金属的电阻率,其数值和单位为1.54×10-7Ωm;依据直线可得其斜率为1.63A-1m-1,截距为,则图线纵轴截距与电源电动势的乘积为();金属丝的直径是0.200mm。
【考点精题精练】
1、(I)用螺旋测器测量金属导线的直径,其示数如图所示,该金属导线的直径为mm。
(II)右图为欧姆表面原理示意图,其中电流表的满偏电流Ig=300a,内阻Rg=100Ω,可变电阻R的最大阻值为10kΩ,电池的电动势E=1.5V,内阻r=0.5Ω,图中与接线柱A相连的表笔颜色应是色,按正确使用方法测量电阻Rx的阻值时,指针指在刻度盘的正中央,则Rx=kΩ。
答案:(I)1.880±0.001(II)红,5
2、有一段粗细均匀的导体,现要用实验的方法测定这种导体材料的电阻率,若已测得其长度和横截面积,还需要测出它的电阻值Rx。
①若已知这段导体的电阻约为30Ω,要尽量精确的测量其电阻值,除了需要导线、开关以外,在以下备选器材中应选用的是。(只填写字母代号)
A.电池(电动势14V、内阻可忽略不计)B.电流表(量程0~0.6A,内阻约0.12Ω)
C.电流表(量程0~100mA,内阻约12Ω)D.电压表(量程0~3V,内阻约3kΩ)
E.电压表(量程0~15V,内阻约15kΩ)F.滑动变阻器(0~10Ω,允许最大电流2.0A)
G.滑动变阻器(0~500Ω,允许最大电流0.5A)
②在方框中画出测这段导体电阻的实验电路图(要求直接测量的变化范围尽可能大一些)。
③根据测量数据画出该导体的伏安特性曲线如图所示,发现MN段明显向上弯曲。若实验的操作、读数、记录、描点和绘图等过程均正确无误,则出现这一弯曲现象的主要原因是。
答案:①ABEF(4分)
②如图所示(4分)
③随着导体中的电流增大,温度升高,电阻率增大,电阻增大(4分
3、某同学要测量一均匀新材料制成的圆柱体的电阻率ρ。步骤如下:
(1)用游标为20分度的卡尺测量其长度如图,由图可知其长度为mm;
(2)用螺旋测微器测量其直径如右上图,由图可知其直径为mm;
(3)用多用电表的电阻“×10”挡,按正确的操作步骤测此圆柱体的电阻,表盘的示数如图,则该电阻的阻值约为Ω。
(4)该同学想用伏安法更精确地测量其电阻R,现有的器材及其代号和规格如下:
待测圆柱体电阻R
电流表A1(量程0~4mA,内阻约50Ω)
电流表A2(量程0~10mA,内阻约30Ω)
电压表V1(量程0~3V,内阻约10kΩ)
电压表V2(量程0~15V,内阻约25kΩ)
直流电源E(电动势4V,内阻不计)
滑动变阻器R1(阻值范围0~15Ω,允许通过的最大电流2.0A)
滑动变阻器R2(阻值范围0~2kΩ,允许通过的最大电流0.5A)
开关S
导线若干
为使实验误差较小,要求测得多组数据进行分析,请在右框中画出测量的电路图,并标明所用器材的代号。
(5)若该同学用伏安法跟用多用电表测量得到的R测量值几乎相等,由此可估算此圆柱体材料的电阻率约为ρ=。(保留2位有效数字)
答案:(1)50.15
(2)4.700
(3)220
(4)如右图
湖北省英山县第一中学汪玉龙陈守富
【教学过程】
一、提出研究课题
布置实验预习时,提出以下研究课题:
1.回忆测定金属电阻率的原理是什么?需要测定哪些物理量,需要哪些器材,需要注意哪些问题。
2.现在要测定自来水的电阻率,能否借鉴测定金属电阻率的方法?如果能,考虑可采用哪些方法,需要哪些器材;如果不能,则困难在哪里,能否想办法解决。
3.考虑本实验过程中可能会发生哪些故障,应注意哪些问题,各实验器材、仪表的使用方法是否熟练掌握。
二、讨论实验方案
提出研究课题后,学生相互探讨,提出测自来水电阻率的主要困难在于它不像金属丝一样有固定形状,继而讨论解决的办法。学生一致认为用直玻璃管盛入自来水,使之成为水柱,即可解决问题。经进一步的讨论,学生提出多种实验方案,经教师适当地加以引导和归纳,得到较典型的两种实验方案。
方案一:伏安法
把自来水盛在长直玻璃管中,两端用橡皮塞堵住,并插入硬电极,将其接入电路,用伏安法测出水柱两端的电压U和通过的电流I,则据欧姆定律R=U/I可求出水柱电阻。用米尺测出水柱的实际长度l,用游标卡尺测出玻璃管的内径r,通过S=πr2算出S的大小,由公式R=ρl/S即可求出ρ值的大小。电路如图1所示,由于自来水电阻值很大,故电路采用内接法。
方案二:万用电表直接测量法
玻璃管中水柱的电阻也可用万用电表欧姆挡直接测出,其他步骤和方案一相同,电路如图2所示。
三、探索实验方法
由学生自由地选择方案,确定实验器材,分组实验。学生大致按以下实验步骤进行操作:
①用游标卡尺测出玻璃管的内径r;
②将玻璃管盛水,两端用橡皮塞堵住,用米尺测出水柱的实际长度l;
③在橡皮塞上插入硬电极,按事先设计的方案连接好电路,测出水柱的电阻R或一组U、I的值;
④改变水柱的实际长度,重做上述实验三次。
以上各步中所测得的数据均应填入事先设计的表格中,算出每组所测出的电阻率,取平均值。
学生在实验过程中出现了以下一些问题:
①选择方案一的实验组中绝大部分选择安培表作为电路中电流表使用,结果指针几乎不动,经研究讨论后,才陆续将安培表换作毫安表,实验结果较好。
②算出结果后,各实验小组相互比较所测得的电阻率的数值,发现差别较大,其中最大的为84.36Ω·m,最小的为68.23Ω·m。教师提问:为什么会有如此大的差别?能否找出原因?学生仔细观察分析后,整理下列四种可能原因:一是偶然误差;二是各组所用仪表不准或不一致;三是各组所用自来水本身有差别;四是各组所采用的电极形状大小与水柱接触面不同,电极插入水中的深度不同。进一步分析得出,最后一种原因可能是主要原因。教师建议:换用不同形状、大小的电极再做实验,并讨论采用怎样的电极最为合理。
③几乎没有人注意到温度对电阻率的影响而主动提出对自来水温度的测定,教师建议:请同学们换用热水重做几组实验,看测量结果和冷水是否相同。这说明大家的实验步骤中忽略了什么?
四、撰写实验报告
实验结束后,教师指导学生撰写实验报告,实验报告包括以下几点:
①所设计实验的原理、实验条件;
②实验所用的器材及简单电路图;
③所设计实验的详细操作步骤;
④列出实验数据记录表格,算出实验结果,得出实验结论。
五、布置课外实验
①若用金属管或橡胶管进行装水实验,对实验结果是否有影响?
②若在自来水中分别加入食盐、酒精或洗衣粉,其电阻率有变化吗?
③瓶装矿泉水、纯净水、蒸馏水、可口可乐等饮料的电阻率又是多少?
请同学们利用课外时间做一做。
教学目标
(一)知识目标
l、深化对电阻的认识,掌握电阻定律及电阻率的物理意义,并了解电阻率与温度的关系
2、知道半导体、超导体及其应用.
说明:电阻跟导体的材料、横截面积、长度之间的关系,初中已经定性地讲过.这里,要通过实验,在复习的基础上,引人电阻率的概念,得出电阻定律.
(二)能力目标
1、通过从猜想~研究方法~实验操作等一系列探索过程,使学生掌握如何获取知识,发展思维能力.
(三)情感目标
1、通过对各种材料电阻率的介绍,加强学生安全用电的意识.
2、通过我国对超导现象的研究介绍,激发学生爱国和奋发学习的精神.
教学建议
本节需要解决的重点问题是对于电阻定律的理解、掌握和应用电阻定律解决有关问题,由于前面学生有了部分电路欧姆定律的知识,常常会以为导体的电阻与导体两端的电压和电流有关,于是对于电阻理解会存在认识上的错误.因此在课堂上老师和学生一起探索(老师动手,学生观察),最后用科学的方法推导定律、得出结论,这样就可以加深学生对知识点的理解渗透.
注意强调电阻和电阻率都是由导体本身的性质决定,但是二者反映的物理问题不同,电阻反映的是导体对电流的阻碍作用,而电阻率反映的是导体导电性能的好坏.电阻大的导体其制作材料的电阻率并不一定大.
关于电阻定律的单位,可以让学生导出,这样可以调动学生的积极性
铜、铁、铝的电阻率讲课时要重点说明.
关于导体教学,最好以讲课、实验和阅读相结合的方式进行,可以安排一个演示实验,就是金属的电阻率和温度的关系,这个实验做起来很简单,现象也很明显,学生可以很直观的得出金属的电阻率随温度的升高而增大的关系.电阻率和温度有关,因此在电阻定律其那面要加上“温度不变”的条件.
关于电阻温度计、半导体和超导现象,可以事先组织学生查阅资料,自学以后在课堂上利用适当的时间进行交流讲演或者是直接在课堂上组织学生阅读自学.之后教师可以通过介绍我国关于超导的研究和发展情况,以提高学生的学习兴趣,激发他们努力学习,报销祖国的爱国热情.
教学设计方案
电阻定律
一、教学目标
1、掌握电阻定律及电阻率的物理意义,并了解电阻率与温度的关系
2、能用电阻定律解决有关电路的问题.
3、知道半导体、超导体及其应用.
二、重点、难点
电阻定律是本节的重点内容;电阻率对学生来说比较抽象,是教学中的难点.
三、教具
电压表,电流表,直流电源,滑动变阻器,酒精灯,电阻丝(一根),自制电阻丝示教板.
说明:电阻丝示教板上,有电阻丝A,电阻丝B,其中B对折,其长度是A的两倍,电阻丝C是与A相同且等长的两根电阻丝并联而成.
四、主要教学过程
(一)提出问题,引入新课
1、为了改变电路中的电流,应该如何操作?
根据欧姆定律可知,只要增加导体两端的电压或降低倒导体的电阻即可.
2、给定一个导体,如何测量它的电阻?(学生自己设计电路)
从上述问题可以看出,导体的电阻与两端的电压以及通过导体的电流无关,那么导体的电阻与导体的哪些因素有关呢?
(二)新课教学
1、探索定律——电阻定律
(1)影响电阻的因素可能有哪些呢:(材料、长度、横截面积、温度……)
(2)解决办法——控制变量法
(3)演示实验(思路)
A、引导学生设计实验电路图(教师投影打出)
B、出示电阻定律示教板、说明板上的几种金属材料
C、引导学生连接电路,并说明注意事项
D、依次对三种金属材料的电阻进行测量
E、对数据进行分析
a)定性观察——R与材料、长度、横接面积有关
b)定理推导
教学设计方案
电阻定律
一、教学目标
1、掌握电阻定律及电阻率的物理意义,并了解电阻率与温度的关系
2、能用电阻定律解决有关电路的问题.
3、知道半导体、超导体及其应用.
二、重点、难点
电阻定律是本节的重点内容;电阻率对学生来说比较抽象,是教学中的难点.
三、教具
电压表,电流表,直流电源,滑动变阻器,酒精灯,电阻丝(一根),自制电阻丝示教板.
说明:电阻丝示教板上,有电阻丝A,电阻丝B,其中B对折,其长度是A的两倍,电阻丝C是与A相同且等长的两根电阻丝并联而成.
四、主要教学过程
(一)提出问题,引入新课
1、为了改变电路中的电流,应该如何操作?
根据欧姆定律可知,只要增加导体两端的电压或降低倒导体的电阻即可.
2、给定一个导体,如何测量它的电阻?(学生自己设计电路)
从上述问题可以看出,导体的电阻与两端的电压以及通过导体的电流无关,那么导体的电阻与导体的哪些因素有关呢?
(二)新课教学
1、探索定律——电阻定律
(1)影响电阻的因素可能有哪些呢:(材料、长度、横截面积、温度……)
(2)解决办法——控制变量法
(3)演示实验(思路)
A、引导学生设计实验电路图(教师投影打出)
B、出示电阻定律示教板、说明板上的几种金属材料
C、引导学生连接电路,并说明注意事项
D、依次对三种金属材料的电阻进行测量
E、对数据进行分析
a)定性观察——R与材料、长度、横接面积有关
b)定理推导
(3)实施过程
按如图(b)所示电路,依次将A、B、C三段电阻丝分别接入电路中,利用测出三段电阻丝电阻,并加以比较.
应指出:B电阻丝长度是A的2倍,测出电阻也约为A的2倍.
说明:
①,C电阻丝与A等长,为了改变横截面积,C的两根电阻丝并排连入电路中,相当于横截面积增加1倍,测出电阻比A电阻小,约为A电阻的一半.
②可以写成,其中对同一材料导体.不变,不同材料导体.不同.反映了材料导电性质,称作电阻率,用表示.
③电阻率,这提供了一种测量的方法.
当㎡,m时,在数值上等于.
强调:的大小由导体材料决定.
的大小与温度有关,一般随温度升高而增大.
实验3:把单独一根电阻丝接入前图所示电路中,测出电阻来,用酒精灯加热.再看电压表、电流表读数,可以计算出电阻,从而判断电阻增大了.
④总结:电阻定律
导体电阻跟它长度成正比,跟它的横截面积成反比.
(三)复习巩固
导体两端电压不变,导体电阻率,长,横截面积,问经过秒后,通过导体任一截面的电量.
若、不变,导体材料也不变,要让通过导体横截面的电量加倍,可采用什么办法?
若、及导体体积都不变,导体材料给定,要让通过导体截面的电量加倍,可采用什么办法?
探究活动
1、讨论:如何测定液体的电阻率?
2、实验设计:测定水的电阻率。
3、数据处理:选定某种金属导体,描绘起电阻率与温度之间的关系曲线。
文章来源:http://m.jab88.com/j/71813.html
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