實(shí)驗(yàn)測(cè)定金屬的電阻率

1、實(shí)驗(yàn)：測(cè)定金屬的電阻率學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)1.掌握電流表、電壓表和滑動(dòng)變阻器的使用方法.2.掌握螺旋測(cè)微器的使用方法和讀數(shù)方法.3.學(xué)會(huì)利用伏安法測(cè)電阻，進(jìn)一步測(cè)出金屬絲的電阻率知識(shí)探究一、游標(biāo)卡尺和螺旋測(cè)微器的讀數(shù)1游標(biāo)卡尺圖1(1)原理：利用主尺的最小分度與游標(biāo)尺的最小分度的差值制成不管游標(biāo)尺上有多少個(gè)小等分刻度，它的刻度部分的總長(zhǎng)度比主尺上的同樣多的小等分刻度少 1 mm.(2)精度：對(duì)應(yīng)關(guān)系為10分度0.1 mm,20分度0.05 mm,50分度0.02 mm.(3)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(biāo)尺上讀出與主尺上某一刻線對(duì)齊的游標(biāo)的格數(shù)，則記錄結(jié)果表達(dá)為(xK×

2、;精度)mm.2螺旋測(cè)微器圖2(1)原理：測(cè)微螺桿F與固定刻度B之間的精密螺紋的螺距為0.5 mm，即旋鈕D每旋轉(zhuǎn)一周，F(xiàn)前進(jìn)或后退0.5 mm，而可動(dòng)刻度E上的刻度為50等份，每轉(zhuǎn)動(dòng)一小格，F(xiàn)前進(jìn)或后退0.01 mm，即螺旋測(cè)微器的精確度為0.01 mm.讀數(shù)時(shí)估讀到毫米的千分位上，因此，螺旋測(cè)微器又叫千分尺(2)讀數(shù)：測(cè)量時(shí)被測(cè)物體長(zhǎng)度的整毫米數(shù)由固定刻度讀出，小數(shù)部分由可動(dòng)刻度讀出測(cè)量值(mm)固定刻度數(shù)(mm)(注意半毫米刻度線是否露出)可動(dòng)刻度數(shù)(估讀一位)×0.01(mm)二、實(shí)驗(yàn)原理和方法由R得，因此，只要測(cè)出金屬絲的長(zhǎng)度l、橫截面積S和金屬絲的電阻R，即可求出金屬絲的

3、電阻率.1把金屬絲接入電路中，用伏安法測(cè)金屬絲的電阻R.電路原理如圖3所示圖32用毫米刻度尺測(cè)量金屬絲的長(zhǎng)度l，用螺旋測(cè)微器量得金屬絲的直徑，算出橫截面積S.3將測(cè)量的數(shù)據(jù)代入公式求金屬絲的電阻率三、實(shí)驗(yàn)器材被測(cè)金屬絲、螺旋測(cè)微器、毫米刻度尺、電池組、電流表、電壓表、滑動(dòng)變阻器、開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線若干四、實(shí)驗(yàn)步驟1直徑測(cè)定用螺旋測(cè)微器在被測(cè)金屬導(dǎo)線上的三個(gè)不同位置各測(cè)一次直徑，求出其平均值d，計(jì)算出導(dǎo)線的橫截面積S.2電路連接按如圖4所示的原理電路圖連接好用伏安法測(cè)電阻的實(shí)驗(yàn)電路圖43長(zhǎng)度測(cè)量用毫米刻度尺測(cè)量接入電路中的被測(cè)金屬導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度，反復(fù)測(cè)量3次，求出其平均值l.4U、I測(cè)量把滑動(dòng)變阻器的滑

4、動(dòng)片調(diào)節(jié)到使接入電路中的電阻值最大的位置，電路經(jīng)檢查確認(rèn)無(wú)誤后，閉合開(kāi)關(guān)S，改變滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)片的位置，讀出幾組相應(yīng)的電流表、電壓表的示數(shù)I和U的值，記入表格內(nèi)，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S.5拆去實(shí)驗(yàn)線路，整理好實(shí)驗(yàn)器材五、數(shù)據(jù)處理1在求Rx的平均值時(shí)可用兩種方法(1)用Rx分別算出各次的數(shù)值，再取平均值(2)用U­I圖線的斜率求出2計(jì)算電阻率將記錄的數(shù)據(jù)Rx、l、d的值代入電阻率計(jì)算式Rx.六、誤差分析1金屬絲的橫截面積是利用直徑計(jì)算而得，直徑的測(cè)量是產(chǎn)生誤差的主要來(lái)源之一2采用伏安法測(cè)量金屬絲的電阻時(shí)，由于采用的是電流表外接法，測(cè)量值小于真實(shí)值，使電阻率的測(cè)量值偏小3金屬絲的長(zhǎng)度測(cè)量、電流表和電

5、壓表的讀數(shù)等會(huì)帶來(lái)偶然誤差4由于金屬絲通電后發(fā)熱升溫，會(huì)使金屬絲的電阻率變大，造成測(cè)量誤差七、注意事項(xiàng)1本實(shí)驗(yàn)中被測(cè)金屬導(dǎo)線的電阻值較小，因此實(shí)驗(yàn)電路一般采用電流表外接法2實(shí)驗(yàn)連線時(shí)，應(yīng)先從電源的正極出發(fā)，依次將電源、開(kāi)關(guān)、電流表、待測(cè)金屬導(dǎo)線、滑動(dòng)變阻器連成主干線路，然后再把電壓表并聯(lián)在待測(cè)金屬導(dǎo)線的兩端3測(cè)量被測(cè)金屬導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度，是指測(cè)量待測(cè)導(dǎo)線接入電路的兩個(gè)端點(diǎn)之間的長(zhǎng)度，亦即電壓表兩端點(diǎn)間的待測(cè)導(dǎo)線長(zhǎng)度，測(cè)量時(shí)應(yīng)將導(dǎo)線拉直，反復(fù)測(cè)量三次，求其平均值4測(cè)金屬導(dǎo)線直徑一定要選三個(gè)不同部位進(jìn)行測(cè)量，求其平均值5閉合開(kāi)關(guān)S之前，一定要使滑動(dòng)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(cè)電

6、阻時(shí)，通過(guò)待測(cè)導(dǎo)線的電流強(qiáng)度I不宜過(guò)大(電流表用00.6 A量程)，通電時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，以免金屬導(dǎo)線的溫度明顯升高，造成其電阻率在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中逐漸增大7求Rx的平均值時(shí)可用兩種方法：第一種是用Rx算出各次的測(cè)量值，再取平均值；第二種是用圖象(U­I圖線)來(lái)求出若采用圖象法，在描點(diǎn)時(shí)，要盡量使各點(diǎn)間的距離拉大一些，連線時(shí)要盡可能地讓各點(diǎn)均勻分布在直線的兩側(cè)，個(gè)別明顯偏離較遠(yuǎn)的點(diǎn)可以不予考慮典例剖析某同學(xué)利用游標(biāo)卡尺和螺旋測(cè)微器分別測(cè)量一圓柱體工件的直徑和高度，測(cè)量結(jié)果如圖5(a)和(b)所示該工件的直徑為_(kāi)cm，高度為_(kāi)mm.(a)(b)圖5【解析】游標(biāo)卡尺讀數(shù)為d12 mm4×

7、 mm12.20 mm1.220 cm螺旋測(cè)微器的讀數(shù)為h6.5 mm36.1×0.01 mm6.861 mm.【答案】1.2206.861(1)游標(biāo)卡尺不需要估讀，讀數(shù)結(jié)果10分度為××.×mm一位小數(shù)，20分度和50分度為××.××mm兩位小數(shù)，換算單位時(shí)只需要移動(dòng)小數(shù)點(diǎn)，最后一位數(shù)字即使是0也不能抹掉.(2)螺旋測(cè)微器需要估讀，讀數(shù)結(jié)果為×.×××mm三位小數(shù)，需要特別注意半毫米刻度線是否露出.在做“測(cè)定金屬的電阻率”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要對(duì)金屬絲的電阻進(jìn)行測(cè)量，已知金屬絲的電

8、阻值Rx約為20 .一位同學(xué)用伏安法對(duì)這個(gè)電阻的阻值進(jìn)行了比較精確的測(cè)量，這位同學(xué)想使被測(cè)電阻Rx兩端的電壓變化范圍盡可能的大他可選用的器材有：電源E：電動(dòng)勢(shì)為8 V，內(nèi)阻為1.0 ；電流表A：量程0.6 A，內(nèi)阻約為0.50 ；電壓表V：量程10 V，內(nèi)阻約為10 k；滑動(dòng)變阻器R：最大電阻值為5.0 ；開(kāi)關(guān)一個(gè)，導(dǎo)線若干(1)根據(jù)上述條件，測(cè)量時(shí)電流表應(yīng)采用_(選填“外接法”或“內(nèi)接法”)(2)在方框內(nèi)畫(huà)出實(shí)驗(yàn)電路圖.(3)若在上述實(shí)驗(yàn)中，電流表的示數(shù)為I，電壓表的示數(shù)為U，且電流表內(nèi)阻RA和電壓表內(nèi)阻RV均為已知量，用測(cè)量物理量和電表內(nèi)阻計(jì)算金屬絲電阻的表達(dá)式Rx_.【解析】(1)待測(cè)電

9、阻約為20 ，是電流表內(nèi)阻的40倍，但電壓表內(nèi)阻是待測(cè)電阻的500倍，故采用外接法(2)因?yàn)橐筊x兩端的電壓變化范圍盡可能的大，所以滑動(dòng)變阻器要采用分壓式，電路圖如圖所示(3)電壓表分得的電流為IV，所以Rx中的電流為IxIIVI，則Rx.【答案】(1)外接法(2)見(jiàn)解析圖(3)某同學(xué)用伏安法測(cè)量導(dǎo)體的電阻，現(xiàn)有量程為3 V、內(nèi)阻約為3 k的電壓表和量程為0.6 A、內(nèi)阻約為0.1 的電流表采用分壓電路接線，圖6甲是實(shí)物的部分連線圖，待測(cè)電阻為圖乙中的R1，其阻值約為5 .甲乙圖6(1)測(cè)R1阻值的最優(yōu)連接方式為導(dǎo)線連接_(選填a或b)、導(dǎo)線連接_(選填c或d)(2)正確接線測(cè)得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表

10、，用作圖法求得R1的阻值為_(kāi).U/V0.400.801.201.602.002.40I/A0.090.190.270.350.440.53(3)已知圖乙中R2與R1是材料相同、厚度相等、表面為正方形的兩導(dǎo)體，R2的邊長(zhǎng)是R1的，若測(cè)R2的阻值，則最優(yōu)的連線應(yīng)選_(填選項(xiàng))A.連接a，連接cB.連接a，連接dC.連接b，連接cD.連接b，連接d【解析】(1)由于實(shí)驗(yàn)測(cè)量的是一個(gè)小電阻，故電流表應(yīng)外接，因此導(dǎo)線接a，由于采用分壓電路，故導(dǎo)線應(yīng)接d.(2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出R1的U­I曲線如圖所示，圖線的斜率即為電阻R1的大小，由圖象可知，R14.6 .(3)設(shè)R1的邊長(zhǎng)為l，厚度為h，電阻

11、率為，根據(jù)電阻定律，得R1，R2的阻值R2R1，故測(cè)量R2的電路同測(cè)量R1的電路，故選項(xiàng)B正確.【答案】(1)ad(2)作圖見(jiàn)解析，4.6(4.44.7均可)(3)B(1)作圖象時(shí)，應(yīng)使大多數(shù)的點(diǎn)在直線或平滑的曲線上，不在線上的點(diǎn)盡量均勻分布在它們的兩側(cè)，誤差較大的點(diǎn)舍去不用.(2)偶然誤差與系統(tǒng)誤差的關(guān)系偶然誤差：由于各種偶然因素對(duì)實(shí)驗(yàn)者、測(cè)量?jī)x器、被測(cè)物理量的影響而產(chǎn)生的.通過(guò)多次測(cè)量求平均值(或采用圖象法處理數(shù)據(jù))可減小偶然誤差.系統(tǒng)誤差：由于儀器本身不精密，實(shí)驗(yàn)方法粗略或?qū)嶒?yàn)原理不完善而產(chǎn)生的.通過(guò)校準(zhǔn)儀器或改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理可減小誤差.當(dāng) 堂 達(dá) 標(biāo)·固 雙 基1.

12、(多選)在“測(cè)定金屬的電阻率”的實(shí)驗(yàn)中，以下操作中錯(cuò)誤的是()A.用米尺測(cè)量金屬絲的全長(zhǎng)，且測(cè)量三次，算出其平均值，然后再將金屬絲接入電路中B.用螺旋測(cè)微器在金屬絲三個(gè)不同部位各測(cè)量一次直徑，算出其平均值C.用伏安法測(cè)電阻時(shí)，采用電流表內(nèi)接法，多次測(cè)量后算出平均值D.實(shí)驗(yàn)中應(yīng)保持金屬絲的溫度不變AC實(shí)驗(yàn)中應(yīng)測(cè)量出金屬絲接入電路中的有效長(zhǎng)度，而不是全長(zhǎng)；金屬絲的電阻很小，與電壓表內(nèi)阻相差很大，使金屬絲與電壓表并聯(lián)，電壓表對(duì)它分流作用很小，應(yīng)采用電流表外接法故A、C操作錯(cuò)誤2.某同學(xué)測(cè)定一金屬桿的長(zhǎng)度和直徑，示數(shù)如圖7甲、乙所示，則該金屬桿的長(zhǎng)度和直徑分別為_(kāi)cm和_mm.甲乙圖7【解析】金屬桿長(zhǎng)

13、度由刻度尺示數(shù)可得，由題圖甲得L60.10 cm.由題圖乙知，此游標(biāo)尺為50分度，游標(biāo)尺上第10刻線與主尺上一刻線對(duì)齊，則金屬桿直徑為d4 mm×10 mm4.20 mm.【答案】60.104.203.(1)如圖8甲、乙所示的兩把游標(biāo)卡尺，它們的游標(biāo)尺分別為9 mm長(zhǎng)10等分、19 mm長(zhǎng)20等分，則讀數(shù)依次為_(kāi)mm、_mm.甲乙圖8(2)使用螺旋測(cè)微器測(cè)量金屬絲的直徑，示數(shù)如圖9所示，則金屬絲的直徑是_mm.圖9【解析】(1)題圖甲讀數(shù)：整毫米是17，不足1毫米數(shù)是5×0.1 mm0.5 mm，最后結(jié)果是17 mm0.5 mm17.5 mm. 題圖乙讀數(shù)：整毫米是23，不

14、足1毫米數(shù)是7×0.05 mm0.35 mm，最后結(jié)果是23 mm0.35 mm23.35 mm.(2)固定刻度示數(shù)為2.0 mm，不足半毫米的從可動(dòng)刻度上讀，其示數(shù)為14.0，最后的讀數(shù)：2.0 mm14.0×0.01 mm2.140 mm.【答案】(1)17.523.35(2)2.1404.在“測(cè)定金屬絲的電阻率”的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)進(jìn)行了如下測(cè)量：(1)用毫米刻度尺測(cè)量接入電路中的被測(cè)金屬絲的有效長(zhǎng)度測(cè)量3次，求出其平均值l.其中一次測(cè)量結(jié)果如圖10甲所示，金屬絲的另一端與刻度尺的零刻線對(duì)齊，圖中讀數(shù)為_(kāi)cm.用螺旋測(cè)微器測(cè)量金屬絲的直徑，選不同的位置測(cè)量3次，求出其平均

15、值d.其中一次測(cè)量結(jié)果如圖乙所示，圖中讀數(shù)為_(kāi)mm.甲乙圖10(2)采用如圖11所示的電路測(cè)量金屬絲的電阻電阻的測(cè)量值比真實(shí)值_(填“偏大”或“偏小”)最后由公式_計(jì)算出金屬絲的電阻率(用直接測(cè)量的物理量表示)圖11(3)請(qǐng)你根據(jù)圖11所示電路圖在圖12中進(jìn)行實(shí)物連線(電流表選0.6 A量程，電壓表選3 V量程)圖12【解析】(1)金屬絲的長(zhǎng)度為24.1224.14 cm直徑讀數(shù)為0.5150.518 mm.(2)采用安培表外接法，由于電壓表的內(nèi)阻不是無(wú)窮大，電壓表有分流，從而電流表的測(cè)量值大于真實(shí)值，由R可知，電阻的測(cè)量值小于真實(shí)值由R，R，Sd2，可得.(3)實(shí)物連接如圖所示【答案】(1)

16、24.12 24.140.5150.518(2)偏小(3)見(jiàn)解析圖5.現(xiàn)在要測(cè)量一段電阻絲的電阻率，電阻絲的阻值Rx0.5 ，允許通過(guò)的最大電流為0.5 A現(xiàn)提供如下器材：電流表A(量程0.6 A，內(nèi)阻約0.6 )電壓表V(量程3 V，內(nèi)阻約3 k)待測(cè)的電阻絲Rx(阻值約為0.5 )標(biāo)準(zhǔn)電阻R0 (阻值5 )滑動(dòng)變阻器R1(5 ，2 A)滑動(dòng)變阻器R2(200 ，1.5 A)直流電源E(電動(dòng)勢(shì)6 V)開(kāi)關(guān)S、導(dǎo)線若干(1)圖為四位同學(xué)分別設(shè)計(jì)的“測(cè)量部分”的電路，你認(rèn)為合理的是_ABCD(2)實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器應(yīng)該選擇_(選填“R1”或“R2”)，并采用_接法；(3)根據(jù)你在(1)、(2)中的

17、選擇，在圖13中完成實(shí)驗(yàn)電路的連接圖13(4)實(shí)驗(yàn)中，如果兩電表的讀數(shù)分別為U和I，測(cè)得拉直后電阻絲的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，直徑為D，則待測(cè)電阻絲的電阻率的計(jì)算式為_(kāi)；圖14(5)用螺旋測(cè)微器測(cè)量待測(cè)電阻絲的直徑時(shí)讀數(shù)如圖14所示，則該電阻絲的直徑D_. 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：55282140】【解析】(1)電阻絲Rx兩端的最大電壓UIRx0.25 V，比電壓表量程小得多，需要串聯(lián)一分壓電阻，即串聯(lián)一標(biāo)準(zhǔn)電阻R0，此時(shí)R0Rx<，電流表采用外接法，選項(xiàng)C正確；(2)滑動(dòng)變阻器若選用R2或采用限流接法，調(diào)控范圍小，應(yīng)選擇R1，并采用分壓接法；(3)根據(jù)測(cè)量電路圖和滑動(dòng)變阻器的分壓式接法，實(shí)物連線如圖所示；(4)待

18、測(cè)電阻RxR0，由電阻定律得Rx，聯(lián)立解得；(5)螺旋測(cè)微器的讀數(shù)為1 mm0.01×20.5 mm1.205 mm.【答案】(1)C(2)R1分壓(3)見(jiàn)解析圖(4)(5)1.205(±0.002)mm有一根細(xì)而均勻的導(dǎo)電材料，橫截面積為同心圓環(huán)，如圖14甲所示，已知這種材料的電阻率為，欲測(cè)量該樣品的內(nèi)徑，但內(nèi)徑太小，無(wú)法直接測(cè)量，現(xiàn)提供以下實(shí)驗(yàn)器材：甲乙圖14A.螺旋測(cè)微器B.電流表A1(量程50 mA，內(nèi)阻r1100 )C.電流表A2(量程100 mA，內(nèi)阻r240 )D.滑動(dòng)變阻器R1(010 ，額定電流2 A)E.直流電源E(電壓始終為12 V)F.上述導(dǎo)電材料R2(長(zhǎng)L為5 cm，電阻約為100 )G.開(kāi)關(guān)一個(gè)，導(dǎo)線若干根據(jù)上述器材設(shè)計(jì)一個(gè)盡可能精確地測(cè)量該樣品內(nèi)徑d的實(shí)驗(yàn)方案(1)用螺旋測(cè)微器測(cè)得該樣品的外徑如圖乙所示