教育资料第3讲 实验测定金属的电阻率 讲义学习专用.docx
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教育资料第3讲实验测定金属的电阻率讲义学习专用
第3讲 实验:
测定金属的电阻率
见学生用书P123
微知识1实验目的
1.掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法。
2.掌握螺旋测微器和游标卡尺的使用和读数方法。
3.会用伏安法测电阻,进一步测定金属的电阻率。
微知识2实验原理
1.螺旋测微器
(1)构造:
如图甲,S为固定刻度,H为可动刻度。
甲 乙
(2)原理
可动刻度H上的刻度为50等份,则螺旋测微器的精确度为0.01mm。
(3)读数
①测量时被测物体长度的半毫米数由固定刻度读出,不足半毫米部分由可动刻度读出。
②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)
③如图乙所示,固定刻度示数为2.0mm,可动刻度上的读数为15.0,最后的读数为:
2.0mm+15.0×0.01mm=2.150mm。
2.游标卡尺
(1)构造(如图所示):
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1mm。
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,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的格数,则记录结果表达为(x+K×精确度)mm。
3.伏安法测电阻
电流表的内接法和外接法的比较
4.电阻率的测定原理:
把金属丝接入如图所示的电路中,用电压表测金属丝两端的电压,用电流表测金属丝的电流,根据Rx=
计算金属丝的电阻Rx,然后用毫米刻度尺测量金属丝的有效长度l,用螺旋测微器测量金属丝的直径d,计算出金属丝的横截面积S;根据电阻定律Rx=ρ
,得出计算金属丝电阻率的公式ρ=
=
。
微知识3实验步骤
1.用螺旋测微器在被测金属丝的三个不同位置各测一次直径,求出其平均值。
2.按图所示的原理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S,改变滑动变阻器滑片的位置,读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值,填入记录表格内,断开电键S,求出导线电阻Rx的平均值。
5.整理仪器。
微知识4数据处理
1.在求Rx的平均值时可用两种方法
(1)第一种是用Rx=
算出各次的数值,再取平均值。
(2)第二种是用U-I图线的斜率求出。
2.计算电阻率:
将记录的数据Rx、l、d的值,代入电阻率计算公式ρ=Rx
=
。
微知识5误差分析
1.金属丝直径、长度的测量带来误差。
2.测量电路中电流表及电压表对电阻测量的影响,因为电流表外接,所以R测 ,知ρ测<ρ真。 3.通电电流过大,时间过长,致使电阻丝发热,电阻率随之变化带来误差。 微知识6注意事项 1.为了方便,测量直径应在导线连入电路前进行,为了准确测量金属丝的长度,应该在连入电路之后在拉直的情况下进行。 2.本实验中被测金属丝的电阻值较小,故须采用电流表外接法。 3.电键S闭合前,滑动变阻器的阻值要调至最大。 4.电流不宜太大(电流表用0~0.6A量程),通电时间不宜太长,以免金属丝温度升高,导致电阻率在实验过程中变大。 一、思维辨析(判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。 ) 1.50分度的游标卡尺的精确度为0.01mm。 (×) 2.螺旋测微器的固定刻度部分的最小分度为1mm。 (×) 3.因金属丝电阻较小,所以用伏安法测电阻时应采用内接法。 (×) 4.测量金属丝的电阻时,通过金属丝的电流不能过大,通电时间不能过长。 (√) 二、对点微练 1.(游标卡尺和螺旋测微器的使用)用螺旋测微器测量一根金属丝的直径,测量结果如图甲,其读数为________mm。 用游标为50分度的卡尺测量某圆筒的内径,则该游标卡尺的游标尺每一小格的长度为______mm,测量结果如图乙所示,此工件的直径为______cm。 答案 1.554 0.98 1.114 2.(实验原理)在“测定金属的电阻率”的实验中,由ρ= 可知,对实验结果的准确性影响最大的是( ) A.导线直径d的测量 B.电压U的测量 C.电流I的测量 D.导线长度的测量 解析 四个选项中的四个物理量对金属丝的电阻率均有影响,但影响最大的是直径d,因为在计算式中取直径的平方。 A项正确。 答案 A 3.(实验器材的选择)某同学要测定一个阻值R约为5Ω的电阻,实验室提供的器材如下: A.电压表(量程0~3V,内阻约30kΩ) B.电流表(量程0~0.6A,内阻约1.0Ω) C.滑动变阻器R1(阻值范围0~10Ω,允许最大电流3A) D.滑动变阻器R2(阻值范围0~500Ω,允许最大电流1A) E.电源E(电动势3V,内阻不计) F.开关,导线 (1)图中部分电路已连接,请在图中以笔画线代替导线将电压表接入电路中的正确位置。 (2)图中滑动变阻器应选用________(填“R1”或“R2”)更合理。 (3)闭合开关前,滑动变阻器的滑片P应该置于________(填“A”或“B”)端。 答案 (1)如图所示 (2)R1 (3)A 见学生用书P125 微考点 1 测量仪器、仪表的读数 核|心|微|讲 1.游标卡尺的读数=主尺读数+游标尺读数。 2.螺旋测微器读数=固定刻度部分读数(mm)+可动刻度部分读数×精确度(mm)。 3.0~3V的电压表和0~3A的电流表读数方法相同,此量程下的精确度是0.1V或0.1A,看清楚指针的实际位置,读到小数点后面两位。 4.对于0~15V量程的电压表,精确度是0.5V,在读数时只要求读到小数点后面一位,即读到0.1V。 5.对于0~0.6A量程的电流表,精确度是0.02A,在读数时只要求读到小数点后面两位,这时要求“半格估读”,即读到最小刻度的一半0.01A。 典|例|微|探 【例1】 (1)如图甲所示的三把游标卡尺,它们的游标尺从上至下分别为9mm长10等分、19mm长20等分、49mm长50等分,它们的读数依次为________mm,________mm,________mm。 (2)使用螺旋测微器测量金属丝的直径,示数如图乙所示,则金属丝的直径是________mm。 甲 乙 (3)①图丙使用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,对应刻度盘中每一小格代表________A,图中表针示数为________A。 ②图丁使用较小量程时,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。 (4)旋钮式电阻箱如图戊所示,电流从接线柱A流入,从B流出,则接入电路的电阻为________Ω。 今欲将接入电路的电阻改为2087Ω,最简单的操作方法是____________________________________。 若用两个这样的电阻箱,即可得到的电阻值范围为________。 【解题导思】 (1)游标卡尺的读数规则是什么? 答: 主尺读数+格数×精确度。 (2)螺旋测微器的读数规则是什么? 答: 固定刻度部分读数+可动部分读数×精确度。 解析 (1)最上面图读数: 整毫米是17,不足1毫米数是7×0.1mm=0.7mm,最后结果是17mm+0.7mm=17.7mm。 中间图读数: 整毫米是23,不足1毫米数是17×0.05mm=0.85mm,最后结果是23mm+0.85mm=23.85mm。 最下面图读数: 整毫米是3,不足1毫米数是9×0.02mm=0.18mm,最后结果是3mm+0.18mm=3.18mm。 (2)固定刻度示数为2.0mm,不足半毫米的从可动刻度上读,其示数为15.0,最后的读数为2.0mm+15.0×0.01mm=2.150mm。 (3)①使用0.6A量程时,刻度盘上的每一小格为0.02A,表针示数为0.44A;当使用3A量程时,每一小格为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,每小格表示0.5V,表针示数为8.5V。 (4)电阻为1987Ω。 最简单的操作方法是将“×1k”旋钮调到2,再将“×100”旋钮调到0。 每个电阻箱的最大阻值是9999Ω,用这样的两个电阻箱串联可得到的最大电阻是2×9999Ω=19998Ω。 故用两个这样的电阻箱,可得到的电阻值范围为0~19998Ω。 答案 (1)17.7 23.85 3.18 (2)2.150 (3)①0.02 0.44 0.1 2.20 ②0.1 1.70 0.5 8.5 (4)1987 将“×1k”旋钮调到2,再将“×100”旋钮调到0 0~19998Ω 题|组|微|练 1.现有一合金制成的圆柱体,为测量该合金的电阻率,现用伏安法测圆柱体两端之间的电阻,用螺旋测微器测量该圆柱体的直径,用游标卡尺测量该圆柱体的长度。 螺旋测微器和游标卡尺的示数如图甲和乙所示。 (1)由上图读得圆柱体的直径为________cm,长度为________cm。 (2)若流经圆柱体的电流为I,圆柱体两端之间的电压为U,圆柱体的直径和长度分别为D、L,测得D、L、I、U表示的电阻率的关系式为ρ=________。 解析 (1)螺旋测微器的读数为1.5mm+34.4×0.01mm=1.844mm(1.842~1.846范围内的均可);游标卡尺的读数为42mm+8×0.05mm=42.40mm=4.240cm。 (2)圆柱体的横截面积为S′=π 2,由电阻定律R=ρ 和欧姆定律R= 可知,ρ= 。 答案 (1)0.1844 4.240 (2) 2.某实验探究小组的同学准备测量电炉丝的电阻率,他们首先用螺旋测微器测出一段电炉丝的直径和长度如图甲、乙所示,则该电炉丝的直径为________mm,长度为__________mm。 该小组同学又从标称为“220V,500W”“220V,300W”“220V,25W”的3个电炉中任选一个,正确使用多用电表欧姆×10挡测量其阻值,结果如图丙所示,则该电炉的阻值是________Ω,标称功率为________W。 解析 由图甲所示螺旋测微器可知,固定刻度示数为0.5mm,可动刻度示数为40.0×0.01mm=0.400mm,金属丝直径为0.5mm+0.400mm=0.900mm; 由图乙所示游标卡尺可知,主尺示数为3.3cm=33mm,游标尺示数为2×0.05mm=0.10mm,金属丝的长度为33mm+0.10mm=33.10mm; 由图丙可知,该电炉的阻值是16.4×10=164Ω,根据P= 得,功率P= W=295.1W,故标称功率为300W。 答案 0.900 33.10 164 300 微考点 2 仪器的选择和电路的设计 核|心|微|讲 1.电路设计的原则 (1)正确性: 实验所依据的原理应当符合物理学的基本原理。 (2)安全性: 实验方案的实施要安全可
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