实验八 测定金属的电阻率.docx
- 文档编号:27077090
- 上传时间:2023-06-26
- 格式:DOCX
- 页数:21
- 大小:1.04MB
实验八 测定金属的电阻率.docx
《实验八 测定金属的电阻率.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《实验八 测定金属的电阻率.docx(21页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
实验八测定金属的电阻率
实验八:
测定金属的电阻率
注意事项
1.游标卡尺的读数:
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最先对齐的游标格数,则记录结果表达(x+K×精确度)mm。
2.螺旋测微器的读数:
固定刻度数mm+可动刻度数(估读一位)×0.01mm。
3.先测直径,再连电路:
为了方便,测量直径时应在金属丝连入电路之前测量。
4.电流表外接法:
本实验中被测金属丝的阻值较小,故采用电流表外接法。
5.电流控制:
电流不宜过大,通电时间不宜过长,以免金属丝温度过高,导致电阻率在实验过程中变大。
误差分析
考点一 测量仪器、仪表的读数及使用
考向1 游标卡尺和螺旋测微器
1.螺旋测微器的使用
(1)构造:
如图所示,B为固定刻度,E为可动刻度。
(2)原理:
测微螺杆F与固定刻度B之间的精密螺纹的螺距为0.5mm,即旋钮D每旋转一周,F前进或后退0.5mm,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0.01mm,即螺旋测微器的精确度为0.01mm。
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:
如图所示,游标卡尺的主要部分是主尺和游标尺,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1mm。
常见的游标卡尺的游标尺上小等分刻度分别为10、20、50刻度,可准确到0.1mm、0.05mm、0.02mm,见下表:
刻度格数(分度)
刻度总长度
每小格与1mm的差值
精确度
(可准确到)
10
9mm
0.1mm
0.1mm
20
19mm
0.05mm
0.05mm
50
49mm
0.02mm
0.02mm
(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最先对齐的游标的格数,则记录结果为(x+K×精确度)mm。
(2015·海南单科·11)某同学利用游标卡尺和螺旋测微器分别测量一圆柱体工件的直径和高度,测量结果如图甲和乙所示。
该工件的直径为________cm,高度为________mm。
解析:
图甲为20分度的游标卡尺,其精度为0.05mm。
主尺读数为11mm,游标尺上第4条刻线与主尺上的一条刻线对齐,故测量结果为11mm+4×0.05mm=11.20mm=1.120cm。
螺旋测微器的精度为0.01mm,由图乙知固定刻度读数为6.5mm,可动刻度读数为“36.0”,故工件的高度为6.5mm+36.0×0.01mm=6.860mm。
答案:
1.120 6.860
[方法技巧] 游标卡尺的读数技巧
游标卡尺的读数方法:
“三看”
(1)第一看→精确度
如图甲所示。
易错读成11mm+4.0×0.1mm=11.40mm。
正确的应为11.4mm,游标卡尺不需估读,后面不能随意加零,也不能随意去零。
如图乙所示。
易错读成10mm+12×0.05mm=10.6mm,正确的应为10.60mm。
(2)第二看→游标尺上的0刻度线位置,区分零刻度与标尺最前端。
如图丙所示。
易错成13mm+10×0.05mm=13.5mm
正确读数为14mm+10×0.05mm=14.50mm。
考向2 电流表和电压表
1.电流表、电压表的读数方法
量程
精确度
读数规则
电流表0~3A
0.1A
与刻度尺一样,采用
估读,读数规则较简单,只需在精确值后加一估读数即可
电压表0~3V
0.1V
电流表0~0.6A
0.02A
估读位与最小刻度在同一位,采用
估读
电压表0~15V
0.5V
估读位与最小刻度在同一位,采用
估读
2.两种电表的使用技巧
(1)机械零点的调整:
在不通电时,指针应指在零刻度线的位置。
(2)选择适当量程:
估算电路中的电流或电压,指针应偏转到满刻度的
以上。
若无法估算电路中的电流和电压,则应先选用较大的量程,再逐步减小量程。
(3)正确接入电路:
电流表应串联在电路中,电压表应并联在电路中,两种表都应使电流从正接线柱流入,从负接线柱流出。
(1)图甲使用0.6A量程时,对应刻度盘上每一小格代表________A,图中表针示数是________A;当使用3A量程时,对应刻度盘上每一小格代表________A,图中表针示数为________A。
(2)图乙使用较小量程时,每小格表示________V,图中表针的示数为________V。
若使用的是较大量程,则这时表盘刻度每小格表示________V,图中表针示数为________V。
解析:
(1)使用0.6A量程时,刻度盘上的每小格为0.02A,表针示数为0.44A;当使用3A量程时,每小格为0.1A,表针示数为2.20A。
(2)电压表使用3V量程时,每小格表示0.1V,表针示数为1.70V;使用15V量程时,每小格为0.5V,表针示数为8.5V。
答案:
(1)0.02 0.44 0.1 2.20
(2)0.1 1.70 0.5 8.5
考点二 教材原型实验
1.电流表内、外接法的比较
内接法
外接法
电路图
误差原因
电流表分压
U测=Ux+UA
电压表分流
I测=Ix+IV
电阻测量值
R测=
=Rx+RV>Rx
测量值大于真实值
R测=
=
测量值小于真实值 2.两种电路的选择方法 (1)阻值比较法: 先将待测电阻的估计值与电压表、电流表内阻进行比较,若Rx较小,宜采用电流表外接法;若Rx较大,宜采用电流表内接法 (2)比值比较法 若 > ,则用电流表外接法。 若 < ,则用电流表内接法。 (3)试触法: 如图所示,将电压表分别接在a、c和b、c两点间时,若电流表示数变化较大,说明电压表分流较大,应选用电流表内接法;若电压表示数变化较大,则选用电流表外接法。 考向1 仪器选择及电路设计 [2018·天津卷·9(3)]某同学用伏安法测定待测电阻Rx的阻值(约为10kΩ),除了Rx、开关S、导线外。 还有下列器材供选用: A.电压表(量程0~1V,内阻约10kΩ) B.电压表(量程0~10V,内阻约100kΩ) C.电流表(量程0~1mA、内阻约30Ω) D.电流表(量程0~0.6A,内阻约0.05Ω) E.电源(电动势1.5V,额定电流0.5A,内阻不计) F.电源(电动势12V,额定电流2A,内阻不计) G.滑动变阻器R0(阻值范围0~10Ω,额定电流2A) ①为使测量尽量准确,电压表选用________,电流表选用________,电源选用________(均填器材的字母代号) ②画出测量Rx阻值的实验电路图。 ③该同学选择器材、连接电路和操作均正确,从实验原理上看,待测电阻测量值会________其真实值(填“大于”“小于”或“等于”),原因是________________。 解析: ①若电源选用E,则通过Rx的最大电流为0.15mA,电流表选用C还达不到半偏,故电源应选用F。 电压表内阻应尽可能与被测电阻阻值相差大一些且接近电源电压,故电压表选用B。 由此可知电路中的电流约为1mA,故电流表选用C。 ②因为待测电阻阻值较大,所以电流表应采用内接法。 因为滑动变阻器的阻值很小,若采用限流接法接入电路起不到多大的限流作用,所以滑动变阻器应采用分压接法,实验电路图如图所示。 ③因为电流表采用内接法,电压表测出的电压为Rx与电流表串联后两端电压,U测>U实,而R= ,所以R测>R实。 答案: ①B C F ②如图所示 ③大于 电压表的读数大于待测电阻两端的实际电压(其他表述正确也可) [方法技巧] 电学实验仪器的选择 选择电学实验器材主要是选择电表、滑动变阻器、电源等器材,一般要考虑三方面因素: (1)安全因素: 通过电源、电阻和电表的电流不能超过其允许的最大电流。 (2)误差因素: 选用电表量程应考虑尽可能减小测量值的相对误差,电压表、电流表在使用时,其指针应偏转到满偏刻度的 以上;使用欧姆表时应选用指针尽可能在中间刻度附近的倍率挡位。 (3)便于操作: 选用滑动变阻器时应考虑对外供电电压的变化范围既能满足实验要求,又便于调节。 在调节滑动变阻器时,应使其大部分电阻线都被用到。 考向2 数据处理及实物连接 (2018·全国卷Ⅲ·23)一课外实验小组用如图所示的电路测量某待测电阻Rx的阻值。 图中R0为标准定值电阻(R0=20.0Ω); 可视为理想电压表;S1为单刀开关,S2为单刀双掷开关;E为电源;R为滑动变阻器。 采用如下步骤完成实验: (1)按照实验原理线路图(a),将图(b)中实物连线。 (2)将滑动变阻器滑动端置于适当的位置,闭合S1。 (3)将开关S2掷于1端,改变滑动变阻器滑动端的位置,记下此时电压表 的示数U1;然后将S2掷于2端,记下此时电压表 的示数U2。 (4)待测电阻阻值的表达式Rx=________(用R0、U1、U2表示)。 (5)重复步骤(3),得到如下数据。 1 2 3 4 5 U1/V 0.25 0.30 0.36 0.40 0.44 U2/V 0.86 1.03 1.22 1.36 1.49 3.44 3.43 3.39 3.40 3.39 (6)利用上述5次测量所得 的平均值,求得Rx=________Ω。 (保留1位小数) 解析: (1)根据原理图,沿电流的流向依次连接。 ①先将E、R、S1连接起来,组成闭合回路。 ②将R0、Rx与R连接起来。 ③将 、S2与Rx连接起来。 (4)由于 为理想电压表,故S2接1、或接2时流过R0、Rx的电流相等。 根据部分电路欧姆定律和串联电路的特点得 = 解得Rx= R0 (6)将各次的 代入Rx= R0得 Rx1=48.8Ω Rx2=48.6Ω Rx3=47.8Ω Rx4=48.0Ω Rx5=47.8Ω 然后求平均值,即Rx= =48.2Ω。 答案: (1)实物连线如图 (4) R0 (6)48.2 [易错提醒] 实物图连接的注意事项 (1)画线连接各元件,一般先从电源正极开始,按照电路原理图先到开关,再到滑动变阻器,按顺序以单线连接方式将主电路中串联的元件依次串联起来;其次将要并联的元件再并联到电路中去。 (2)连线时要将导线接在接线柱上,两条导线不能交叉。 (3)要注意电表的量程和正、负接线柱,要使电流从电表的正接线柱流入,从负接线柱流出。 考点三 实验的改进与创新 1.电压表或电流表的灵活用法 (1)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。 (2)若电流表内阻已知,则可将其当作电流表、电压表以及定值电阻来使用。 2.半偏法测电流表(或电压表)内阻 电路图如图所示测电流表的内阻(R0≫R) 步骤: (1)断开S2,闭合S1,调节R0,使 表满偏为I0; (2)保持R0不变,闭合S2,调节R,使 表读数为 ; (3)由上可得RA=R。 3.等效替代法 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,使电流表的读数仍为I,则电阻箱的读数即等于待测电阻的阻值。 某物理兴趣小组的同学要测定某电阻Rx的阻值,通过讨论,决定采用下列方法来测定。 (1)方法一: 用多用电表测量 首先,选用欧姆表“×1”挡进行粗测,正确操作后,表盘指针如图1所示,则该电阻的测量值为Rx=________Ω。 (2)方法二: 用伏安法测量 所用的部分器材: 电压表V(0~3V,内阻约3kΩ);电流表A(0~0.6A,内阻约2Ω)。 分析下列问题。 ①他们设置了如图2、图3所示的两种电路图,为减小实验误差应选用________(填“图2”或“图3”)作为测量电路; ②请根据他们所选的电路将图4所示的实物图连接好; ③他们选择了正确的电路后,通过测量,根据得到的实验数据作出了如图5所示的UI图象,根据图象,可得Rx=____Ω。 (3)方法三: 等效替代法 某同学设计了如图6所示的测量电路,实验步骤如下所示: A.按图6连接好实验电路. B.保持开关S2断开,将开关S1闭合,然后调节电阻箱R和滑动变阻器R′。 待电路稳定后电阻箱读数R1如图7所示,记下此时电压表的示数。 C.闭合开关S2,保持滑动变阻器的滑片位置不变,然后调节电阻箱的电阻,使电压表的读数与步骤B中的示数相同,此时电阻箱的读数R2=26Ω。 ①在步骤B中电阻箱的读数为R1=________Ω; ②由以上实验测得电阻Rx的阻值为Rx=________Ω。 解析: (1)欧姆表读数=刻度盘读数×倍率,读数是Rx=7Ω。 (2)①由于待测电阻的阻值远小于电压表的内阻,所以电流表使用外接法,故选图2作为测量电路; ②所连实物图如图所示; ③UI图象的斜率表示电阻的阻值,由所作的图象可知,图象的斜率为k= Ω=6.06Ω,故被测电阻的阻值为Rx=6.06Ω。 (3)①在步骤B中电阻箱的读数为R1=20Ω; ②由于R1与Rx串联在电路中所起的作用与R2相同(电压表指针指示同一位置),则有R1+Rx=R2,故有Rx=R2-R1。 由题意可知R1=20Ω,R2=26Ω,故被测电阻的阻值为Rx=R2-R1=26Ω-20Ω=6Ω。 答案: (1)7 (2)①图2 ②如解析图所示 ③6.06 (3)①20 ②6 1. (1)电压表量程一般有两种——0~3V,0~15V;电流表量程一般有两种——0~0.6A,0~3A;如图所示: ①接0~3V量程时读数为________V。 ②接0~15V量程时读数为________V。 ③接0~3A量程时读数为________A。 ④接0~0.6A量程时读数为________A。 (2)完成下列读数(如图所示)。 a.________mmB.________mm c.________mm d.________mm e.________mm 答案: (1)①1.90 ②9.5 ③0.80 ④0.16 (2)a.0.486(0.484~0.488)B.0.536(0.534~0.538) c.4.078(4.077~4.079) d.5.663(5.661~5.665) e.11.14 2.(2019·清江联考)如图,甲为一段粗细均匀的新型导电材料棒,现测量该材料的电阻率。 (1)首先用多用电表的欧姆挡(倍率为“×100”)粗测其电阻,指针位置如图乙所示,其读数R=________。 (2)用螺旋测微器测量此金属导线的直径d,测量结果如图丙所示,则d=________mm;用游标卡尺测量此新型导电材料的长度L,测量结果如丁所示,则L=________mm。 (3)采用以下器材用伏安法尽可能精确地测量其电阻: A.电流表: 量程为0.6A,内阻约为0.2Ω B.电压表: 量程为3V,内阻约为3kΩ C.滑动变阻器: 最大值为20Ω,额定电流1A D.电源 E.电动势6V F.开关S,导线若干 在方框中画出实验电路图。 (4)某同学设计了如下的实验电路,但是在实验过程中却发现导电材料棒电阻率的测量值明显偏小,经检查发现实物图中有一根导线连接错误,该导线是: ________(用导线的序号表示)。 (5)如果(3)问实验电路中电流表示数为I,电压表示数为U,并测出该棒的长度为L、直径为d,则该材料的电阻率ρ=________(用I、U、L、d表示)。 解析: (1)多用电表的读数: 20×100Ω=2000Ω; (2)d=3mm+0.01mm×20.4 =3.204mm; L=5cm+0.05mm×3=50.15mm; (3)如图所示: (4)因待测电阻的阻值较大,则采用电流表内接电路,故导线⑤接错位置; (5)根据欧姆定律及电阻定律: R= =ρ =ρ ,解得: ρ= 。 答案: (1)2000Ω (2)3.204 50.15 (3)见解析图 (4)⑤ (5) 3.(2015·全国卷Ⅱ·23)电压表满偏时通过该表的电流是半偏时通过该表电流的两倍。 某同学利用这一事实测量电压表的内阻(半偏法),实验室提供的器材如下: 待测电压表 (量程3V,内阻约为3000Ω),电阻箱R0(最大阻值为99999.9Ω),滑动变阻器R1(最大阻值100Ω,额定电流2A),电源E(电动势6V,内阻不计),开关2个,导线若干。 (1)虚线框内为该同学设计的测量电压表内阻的电路图的一部分,将电路图补充完整。 (2)根据设计的电路,写出实验步骤: ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)将这种方法测出的电压表内阻记为RV′,与电压表内阻的真实值RV相比,RV′________RV(填“>”“=”或“<”),主要理由是________________________________________________________________________。 解析: (1)实验电路图如图所示。 (2)移动滑动变阻器的滑片,以保证通电后电压表所在支路分压最小;闭合开关S1、S2,调节R1,使电压表的指针满偏;保持滑动变阻器滑片的位置不变,断开S2,调节电阻箱R0使电压表的指针半偏,读取电阻箱的电阻值,若R1≪R0,此即为测得的电压表内阻。 (3)断开S2,调节电阻箱R0使电压表成半偏状态,电压表所在支路总电阻增大,分得的电压也增大,此时R0两端的电压大于电压表的半偏电压,RV′>RV。 答案: (1)见解析图 (2)见解析 (3)> 理由见解析 4.(2016·全国卷Ⅱ·23)某同学利用图(a)所示电路测量量程为2.5V的电压表 的内阻(内阻为数千欧姆),可供选择的器材有: 电阻箱R(最大阻值99999.9Ω),滑动变阻器R1(最大阻值50Ω),滑动变阻器R2(最大阻值5kΩ),直流电源E(电动势3V),开关1个,导线若干。 实验步骤如下: ①按电路原理图(a)连接线路; ②将电阻箱阻值调节为0,将滑动变阻器的滑片移到与图(a)中最左端所对应的位置,闭合开关S; ③调节滑动变阻器,使电压表满偏; ④保持滑动变阻器滑片的位置不变,调节电阻箱阻值,使电压表的示数为2.00V,记下电阻箱的阻值。 回答下列问题: (1)实验中应选择滑动变阻器________(填“R1”或“R2”)。 (2)根据图(a)所示电路将图(b)中实物图连线。 (b) (3)实验步骤④中记录的电阻箱阻值为630.0Ω,若认为调节电阻箱时滑动变阻器上的分压不变,计算可得电压表的内阻为________Ω(结果保留到个位)。 (4)如果此电压表是由一个表头和电阻串联构成的,可推断该表头的满刻度电流为________(填正确答案标号)。 A.100μA B.250μA C.500μAD.1mA 解析: (1)由于电压表的总电阻较大,根据并联电路电压分配特点,只有当滑动变阻器电阻较小时,调节变阻箱电阻,才能近似认为接入滑动变阻器的并联支路总电压不变化,即滑动变阻器应选阻值小的,即选R1。 (2)实物图连线如图所示。 (3)电阻箱阻值为0时,电压表满偏电压Ug=2.5V,电阻箱阻值R=630.0Ω时,电压表的示数UV=2.00V,此时电阻箱两端的电压UR=Ug-UV=0.5V,根据串联电路电压与电阻成正比可得 = , 故Rg= R= ×630.0Ω=2520Ω。 (4)电压表的满偏电流为Ig,则IgRg=Ug, 故Ig= = A≈1mA,选项D正确。 答案: (1)R1 (2)如解析图所示 (3)2520 (4)D
- 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:
- 实验八 测定金属的电阻率 实验 测定 金属 电阻率