物理31人教版精品习题第二章实验测定金属的电阻率同时练习使用螺旋测微器资料.docx
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物理31人教版精品习题第二章实验测定金属的电阻率同时练习使用螺旋测微器资料.docx
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物理31人教版精品习题第二章实验测定金属的电阻率同时练习使用螺旋测微器资料
实验:
测定金属的电阻率(同时练习使用螺旋测微器)
[学生用书P55])
一、实验目的
1.掌握螺旋测微器原理及读数方法.
2.进一步熟练电流表、电压表的使用及伏安法测电阻.
3.测定金属的电阻率.
二、实验原理
用毫米刻度尺测一段金属导线的长度l,用螺旋测微器测出金属丝的直径d(算出横截面积S=
),用伏安法(因金属丝电阻较小,采用外接法)测导线的电阻R,用R=ρ
的变形式ρ=
=
求电阻率.
实验原理图
三、实验器材
螺旋测微器、毫米刻度尺、电压表、电流表、滑动变阻器、电池组、电键及导线、被测金属导线.
四、实验步骤
1.用毫米刻度尺测量接入电路的金属丝长度l,反复测量三次,并记录.
2.用螺旋测微器在导线的三个不同位置上各测一次,并记录.
测量次数
1
2
3
平均值
金属丝长l/m
金属丝直径d/m
3.依照实验电路图用导线把器材连好,并把滑动变阻器的阻值调至最大.
4.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,记入记录表格内,断开开关S.
测量次数
1
2
3
电阻平均值
电压U/V
电流I/A
电阻Rx/Ω
5.拆除实验电路,整理好实验器材.
五、数据处理
1.金属丝直径的读数
(1)特别注意半刻度是否露出.
(2)因螺旋测微器的精确度为0.01mm,可动刻度上对齐的格数需要估读,所以,若以毫米为单位的话,最后一位应出现在小数点后的第三位上.
(3)把三个不同位置的测量值求平均值作为直径d.
2.金属丝长度的测量
(1)应测量接入电路中的有效长度.
(2)因为用的是毫米刻度尺,读数时要读到毫米的下一位(别忘记估读).
(3)把3次测量值求平均值作为长度l.
3.电阻R的测量值确定
(1)平均值法:
可以用每次测量的U、I分别计算出电阻,再求出电阻的平均值,作为测量结果.
(2)图象法:
可建立U-I坐标系,将测量的对应U、I值描点作出图象,利用图象斜率来求出电阻值R.
4.电阻率的计算
将测得的R、l、d的值,代入电阻率计算公式ρ=
=
中,计算出金属导线的电阻率.
六、注意事项
1.为了方便,应在金属导线连入电路前测导线直径,为了准确,应测量拉直悬空的连入电路的导线的有效长度,且各测量三次,取平均值.
2.测量电路应选用电流表外接法,且测电阻时,电流不宜过大,通电时间不宜太长,因为电阻率随温度而改变.
3.为准确求出R的平均值,应多测几组U、I数值,然后采用U-I图象法求出电阻.
4.滑动变阻器用限流式接法就可以满足该实验的要求.
七、误差分析
1.金属丝直径、长度的测量带来误差.
2.电流表外接法,R测 3.通电时间过长,电流过大,导致电阻率发生变化. 八、螺旋测微器的构造、原理及读数 1.构造及原理 (1)螺旋测微器是一种测量长度的仪器,又叫千分尺,且它测量长度可以精确到0.01mm. (2)构造: 如图所示,把它的测砧A和固定刻度B固定在尺架C上,可动刻度E、旋钮D、微调旋钮D′、测微螺杆F连在一起,并通过精密螺纹套在B上,精密螺纹的螺距是0.5mm,即旋钮D每转一周,测微螺杆F前进或后退0.5mm,可动刻度分成50等份,每一等份表示0.01mm;每转两周,转过100等份时,前进或后退的距离正好是1mm. (3)使用方法: 当A与F并拢时,可动刻度E的零点恰好跟固定刻度B的零点重合,逆时针旋转旋钮D,将测微螺杆F旋出,把被测物体放入A、F之间夹缝中,再顺时针旋转旋钮D,使A、F正好接触待测物.在使用时,F快要接触被测物时,要停止使用旋钮D,改用微调旋钮D′,这样就不至于在F和被测物之间产生过大的压力,既可以保护仪器,又能保证测量结果的准确. 2.读数方法 测量值=固定刻度B上的整毫米数+0.5mm(判断半刻度是否露出,未露出时为0)+0.01mm×可动刻度上对齐的格数(估读). 实验原理和器材的选择 [学生用书P56] 在测量金属丝电阻率的实验中,可供选用的器材如下: 待测金属丝: Rx(阻值约为4Ω,额定电流约0.5A); 电压表: V(量程3V,内阻约3kΩ); 电流表: A1(量程0.6A,内阻约0.2Ω); A2(量程3A,内阻约0.05Ω); 电源: E1(电动势3V,内阻不计); E2(电动势12V,内阻不计); 滑动变阻器: R(最大阻值约20Ω); 螺旋测微器;毫米刻度尺;开关S;导线. (1)用螺旋测微器测量金属丝的直径,示数如图所示,读数为________mm. (2)若滑动变阻器采用限流接法,为使测量尽量精确,电流表应选________,电源应选________(均填器材代号),在虚线框内完成电路原理图. [解析] (1)螺旋测微器主尺读数为1.5mm,螺旋刻度读数为27.3×0.01mm=0.273mm,读数应为: 1.5mm+0.273mm=1.773mm. (2)由于待测电阻Rx阻值约为4Ω,额定电流约为0.5A,故电流表选A1,电源选E1. [答案] (1)1.773(1.771~1.775均正确) (2)A1 E1 电路图如图所示 [规律总结] 伏安法测电阻时仪器的选择: (1)电压表和电流表的选择可参考的数据有: ①电阻或小灯泡的额定电压、额定电流. ②电源电动势E和电路的最大电流Im= . ③实验表格或实验图象的电压和电流. (2)滑动变阻器的选择方法: 用限流式接法时一般滑动变阻器的最大阻值R与待测电阻Rx相差不大或R略大于Rx,都能满足测多组数据的要求;当用分压式接法时,滑动变阻器一般选阻值小的,滑动变阻器的阻值越小,越方便调节. 电路设计与数据处理 [学生用书P56] 有一根细长而均匀的金属材料样品,截面为外方(正方形)内圆,如图所示.此金属材料质量约为0.1kg~0.2kg,长约为30cm,电阻约为10Ω.已知这种金属的电阻率为ρ,密度为ρ0.因管线内径太小,无法直接测量,请根据下列提供的实验器材,设计一个实验方案测量其内径d. A.毫米刻度尺; B.螺旋测微器; C.电流表(600mA,10Ω); D.电流表(3A,0.1Ω); E.电压表(3V,6kΩ); F.滑动变阻器(2kΩ,0.5A); G.滑动变阻器(10Ω,2A); H.直流稳压电源(6V,0.05Ω); I.开关一个,带夹子的导线若干. (1)除待测金属材料外,应选用的实验器材有________(只填入代号字母). (2)在虚线框中画出你所设计的实验电路图,并把所选仪器连成实物电路图. (3)用已知的物理常量和所测的物理量,推导出计算金属管线内径d的表达式: d=________. [解析] (1)已知R约为10Ω,I最大为 = A=0.6A,故电流表选C.又因为 =1, =600,故用电流表外接法,选ABCEGHI. (2)为精确测量,用分压式接法,如图所示. (3)设长度为l,截面外边长为a,电压为U,电流为I,电阻R= = ,则截面积S= ,故有a2- = , 解得d= =2 . [答案] (1)ABCEGHI (2)见解析 (3)2 [规律总结] 用伏安法测定电阻R时要分清用电流表内接还是外接法;滑动变阻器控制电路时分清用分压式还是限流式接法;处理数据时,找准导体的横截面积S,应用ρ= 求出电阻率. [学生用书P56]) [范例] 某同学测量一个圆柱体的电阻率,需要测量圆柱体的尺寸和电阻. (1)分别使用游标卡尺和螺旋测微器测量圆柱体的长度和直径,某次测量的示数如图甲和乙所示,长度为________cm,直径为________mm. (2)按图丙连接电路后,实验操作如下: ①将滑动变阻器R1的阻值置于最________处(填“大”或“小”);将S2拨向接点1,闭合S1,调节R1,使电流表示数为I0. ②将电阻箱R2的阻值调至最________(填“大”或“小”),S2拨向接点2;保持R1不变,调节R2,使电流表示数仍为I0,此时R2阻值为1280Ω. (3)由此可知,圆柱体的电阻为________Ω. [解析] (1)游标卡尺的精度为0.1mm,所以L=(50+1×0.1)mm=5.01cm,螺旋测微器的读数为d=(5+31.6×0.01)mm=5.316mm. (2)为了保护电流表,在接通电路之前,要使电路中的总电阻尽可能大,然后慢慢减小电路中的电阻. (3)将S1闭合,S2拨向接点1时,其等效电路图如图丁所示. 当S2拨向2时,其等效电路图如图戊所示. 由闭合电路欧姆定律知I= ,当I相同均为I0时,R2=R圆柱体,所以R圆柱体=1280Ω. [答案] (1)5.01 5.316(5.310~5.320) (2)①大 ②大 (3)1280 [名师点评] 本题为实验方法的创新——等效替代法测电阻,该法的关键是两种情况下电流表的示数相同,这样才能保证圆柱体与电阻箱R2两端的电压相同. [学生用书单独成册]) 1.在“测定金属的电阻率”的实验中,以下操作中错误的是( ) A.用米尺测量金属丝的全长,且测量三次,算出其平均值,然后再将金属丝接入电路中 B.用螺旋测微器在金属丝三个不同部位各测量一次直径,算出其平均值 C.用伏安法测电阻时,采用电流表内接法,多次测量后算出平均值 D.实验中应保持金属丝的温度不变 解析: 选AC.实验中应测量出金属丝接入电路中的有效长度,而不是全长;金属丝的电阻很小,与电压表内阻相差很大,使金属丝与电压表并联,电压表对它分流作用很小,应采用电流表外接法.故A、C操作错误. 2.在“测定金属的电阻率”实验中,关于误差的下列说法中错误的是( ) A.电流表采用外接法,将会使ρ测<ρ真 B.电流表采用外接法,由于电压表的并联引起了电阻丝分压的减小而引起测量误差 C.由ρ= 可知,I、d、U、l中每一个物理量的测量都会引起ρ的测量误差 D.由ρ= 可知对实验结果准确性影响最大的是直径d的测量 解析: 选B.由于采用外接法,将导致R测 可知ρ测<ρ真,A对;虽然电压表的并联引起电阻丝分得电压减小,但是计算电阻丝的电阻用的是电压和电流的瞬时对应关系,只是由于电压表的分流会使电流I的测量值偏大,电阻测量值偏小,引起误差,B错;由ρ= 可知每一个物理量测量都会引起ρ的误差,但由于直径的指数为2,所以对结果影响最大的是d的测量,C、D对. 3. 某同学在一次“测定金属的电阻率”的实验中,用米尺测出接入电路部分的金属丝长度为l=0.720m,用螺旋测微器测出金属丝直径(刻度位置如图所示),用伏安法测出金属丝的电阻(阻值大约为5Ω),然后计算出该金属材料的电阻率.在用伏安法测定金属丝的电阻时,除被测金属丝外,还有如下实验器材: A.直流电源(输出电压为3V) B.电流表A(量程0~0.6A,内阻约0.125Ω) C.电压表V(量程0~3V,内阻3kΩ) D.滑动变阻器(最大阻值20Ω) E.开关、导线等 (1)从图中读出金属丝的直径为________mm. (2)根据所提供的器材,在虚线框中画出实验电路图. (3)若根据伏安法测出金属丝的阻值为Rx=4.0Ω,则这种金属材料的电阻率
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