113实验导体电阻率的测量.docx
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113实验导体电阻率的测量
课题
11.3实验:
导体电阻率的测量
课型
新
课时
3
学习目标
1.掌握游标卡尺和螺旋测微器的使用方法和读数方法。
2.掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法。
3.学会利用伏安法测电阻,进一步测出金属丝的电阻率。
德育目标
在实验过程中保持很好地交流、合作,准确记录数据认真进行数据处理。
重点、难点
掌握螺旋测微器的使用方法和读数方法;伏安法测电阻
合作探究
随堂
手记
1、
自主学习区
实验1 长度的测量及测量工具的选用
一、游标卡尺
1.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mm。
2.精度:
对应关系为10分度mm,20分度mm,50分度mm。
3.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×精度)mm。
二、螺旋测微器
1.原理:
测微螺杆F与固定刻度B之间的精密螺纹的螺距为mm,即旋钮D每旋转一周,F前进或后退mm,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mm,即螺旋测微器的精确度为mm。
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。
2.读数:
测量时被测物体长度的整毫米数由固定刻度读出,小数部分由可动刻度读出。
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)。
实验二 金属丝电阻率的测量
一、实验目的
1.掌握螺旋测微器、游标卡尺的原理及读数方法,会正确使用。
2.练习使用电流表、电压表及伏安法测电阻。
3.测定金属的电阻率。
二、实验原理
(1)把金属丝接入电路中,用伏安法测金属丝的电阻R(R=
)。
电路原理图如图所示。
(2)用测出金属丝的长度l,用测出金属丝的直径d,算出横截面积S(S=
)。
(3)由电阻定律R=ρ
,得ρ=
=
=
,求出电阻率。
三、实验器材
螺旋测微器、、电压表、电流表、开关及导线、待测金属丝、电源(学生电源)、。
四、实验步骤
1.测直径:
用螺旋测微器在待测金属丝上三个不同位置各测一次直径,并记录。
2.连电路:
按实验原理中的电路图连接实验电路。
3.量长度:
用测量接入电路中的待测金属丝的有效长度,重复测量3次,并记录。
4.求电阻:
把滑动变阻器的滑动触头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,记入表格内,断开开关S。
5.拆除实验电路,整理好实验器材。
五、数据处理
1.金属丝直径的测量
(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结果求平均值作为直径d。
2.金属丝长度的测量
(1)应测量接入电路中的有效长度。
(也要估读)
(2)把3次测量结果求平均值作为长度l。
3.电阻R的测量
(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)图像法:
可建立U-I坐标系,将测量的对应U、I值描点作出图像,利用图像斜率来求出电阻值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、误差分析
1.金属丝直径、长度的测量带来偶然误差。
2.电流表外接法,R测 3.通电时间过长,电流过大,都会导致电阻率发生变化(系统误差)。 七、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图像法求出电阻。 4.滑动变阻器用限流式接法就可以满足该实验的要求。 2、课堂互动区 【目标分解一】游标卡尺和螺旋测微器的读数 【例1】 读出以下各游标尺的测量值 【例2】螺旋测微器的读数练习 读数读数 读数读数 【目标分解二】滑动变阻器的使用方法 限流式 分压式 电路组成 变阻器接入电路的特点 采用“一上一下”的接法 采用“两下一上”的接法 调压范围 ~E(不计电源内阻) 0~E(不计电源内阻) 适用情况 负载电阻的阻值Rx与滑动变阻器的总电阻R相差不多,或R稍大,且电压、电流变化不要求从零调起 (1)要求负载上电压或电流变化范围较大,且从零开始连续可调 (2)负载电阻的阻值Rx远大于滑动变阻器的总电阻R [例3]如图所示, 滑动变阻器R1的最大阻值是200Ω,R2=300Ω,A、B两端电压UAB=8V。 (1)当S断开时,移动滑片P,R2两端可获得的电压变化范围是多少? (2)当S闭合时,移动滑片P,R2两端可获得的电压变化范围是多少? [针对训练](多选) 滑动变阻器的原理如图所示,则下列说法中正确的是( ) A.若将a、c两端连在电路中,则当滑片OP向右滑动时,变阻器接入电路中的阻值增大 B.若将a、d两端连在电路中,则当滑片OP向右滑动时,变阻器接入电路中的阻值减小 C.将滑动变阻器以限流式接法接入电路时,必须连入三个接线柱 D.将滑动变阻器以分压式接法接入电路时,必须连入三个接线柱 【目标分解三】伏安法测电阻 1.电流表的两种接法 内接法 外接法 电路图 误差原因 表的分压 表的分流 测量值和真实值的比较 R测= =Rx+RA 测量值真实值 R测= = 测量值真实值 适用于测量 测大(填“大”或“小”)电阻或 > 测小(填“大”或“小”)电阻或 > 2.选择电流表内、外接的常用方法 (1)直接比较法: 适用于Rx、RA、RV的大小大致可以估计的情况,当Rx≫RA时,采用内接法,当Rx≪RV时,采用外接法,即大电阻用内接法,小电阻用外接法,可记忆为“大内小外”。 (2)公式计算法 当Rx> 时,用电流表内接法, 当Rx< 时,用电流表外接法, 当Rx= 时,两种接法效果相同。 (3)试触法: 适用于Rx、RV、RA的阻值关系都不能确定的情况,如图所示,把电压表的可动接线端分别试接b、c两点,观察两电表的示数变化,若电流表的示数变化明显,说明电压表的分流作用对电路影响大,应选用内接法,若电压表的示数有明显变化,说明电流表的分压作用对电路影响大,所以应选外接法。 [例4]在伏安法测电阻的实验中,待测电阻Rx约为200Ω,电压表V的内阻约为2kΩ,电流表A的内阻约为10Ω,测量电路中电流表的连接方式如图甲或图乙所示。 计算结果由Rx= 计算得出,式中U与I分别为电压表和电流表的读数。 若将图甲和图乙中电路测得的电阻值分别记为Rx1和Rx2,则________(填“Rx1”或“Rx2”)更接近待测电阻的真实值,且测量值Rx1________(填“大于”“等于”或“小于”)真实值,测量值Rx2________(填“大于”“等于”或“小于”)真实值。 [针对训练]在电学实验中,常常需要测量电学元件的电阻值,如: 小灯泡、金属丝、电流表内阻、电压表内阻、待测电阻等。 利用伏安法测量某电阻的阻值,有如下实验器材: ①待测电阻,阻值约为100Ω ②电流表(量程0~0.3A,内阻约0.125Ω) ③电压表(量程0~15V,内阻约5kΩ) ④电源15V ⑤滑动变阻器(阻值0~10Ω,允许最大电流2A) ⑥开关一个,导线若干条 请根据器材的规格和实验要求尽量减小误差,用铅笔画出实验电路图,再连接线路图。 【目标分解四】金属丝电阻率的测量 实验原理及操作 [例5]在测定金属电阻率的实验中,所用金属电阻丝的电阻约为30Ω。 现通过以下实验测量该电阻丝的电阻率。 (1)用螺旋测微器测出电阻丝的直径为d。 (2)实验中能提供的器材有开关、若干导线及下列器材: 电压表V1(量程为0~3V,内阻约为3kΩ) 电压表V2(量程为0~15V,内阻约为15kΩ) 电流表A1(量程为0~100mA,内阻约为5Ω) 电流表A2(量程为0~0.6A,内阻约为0.1Ω) 滑动变阻器R1(0~5Ω) 滑动变阻器R2(0~1kΩ) 电源(电动势为4.5V,内阻不计) 为了便于调节电路并能较准确地测出电阻丝的阻值,电流表应选________,滑动变阻器应选________。 (3)如图所示,将电阻丝拉直后,将其两端分别固定在刻度尺两端的接线柱a和b上,刻度尺的中间有一个可沿电阻丝滑动的触头,触头的另一端为接线柱c,当用手按下触头时,触头才与电阻丝接触,触头的位置可在刻度尺上读出。 实验中改变触头与电阻丝接触的位置后移动滑动变阻器的滑片,使电流表示数I保持不变,分别测量出多组接入电路中电阻丝的长度L与对应的电压表的示数U。 请在图中完成实验电路的连接,部分已连好的线不能改动。 (要求: 能改变接入电路中的电阻线的长度和能进行多次测量) [针对训练]在“测定金属的电阻率”的实验中,需要用刻度尺测出待测金属丝的长度l,用螺旋测微器测出金属丝的直径d,用电流表和电压表测出金属丝的电阻Rx。 (1)请写出计算金属丝电阻率的表达式ρ=________(用上述测量的字母表示)。 (2)若实验中测量金属丝的长度和直径时,刻度尺和螺旋测微器的示数分别如图甲、乙所示,则金属丝长度的测量值为l=________cm,金属丝直径的测量值为d=________mm。 甲 乙 (3)用电流表和电压表测金属丝的电阻时,由于电压表、电流表内阻的影响,不论使用电流表内接法还是电流表外接法,都会产生系统误差。 按如图丙所示的电路进行测量,可以消除由于电表内阻造成的系统误差。 丙 利用该电路进行实验的主要操作过程是: 第一步: 先将R2的滑片调到最左端,单刀双掷开关S2掷向1闭合,闭合开关S1,调节滑动变阻器R1和R2,使电压表和电流表的示数尽量大些(不超过量程),读出此时电压表和电流表的示数U1、I1。 第二步: 保持两滑动变阻器的滑片位置不变,将单刀双掷开关S2掷向2闭合,读出此时电压表和电流表的示数U2、I2。 请写出由以上记录数据计算被测电阻Rx的表达式Rx=________________。 【目标分解五】金属丝电阻率的测量 实验数据处理 [例6]在“测定金属的电阻率”实验中,所用测量仪器均已校准。 待测金属丝接入电路部分的长度约为50cm。 (1)用螺旋测微器测量金属丝的直径,其中某一次测量结果如图所示,其读数应为________mm(该值接近多次测量的平均值)。 (2)用伏安法测金属丝的电阻Rx。 实验所用器材为电池组(提供电压为3V)、电流表(内阻约0.1Ω)、电压表(内阻约3kΩ)、滑动变阻器R(0~20Ω,额定电流2A)、开关、导线若干。 某小组同学利用以上器材正确连接好电路,进行实验测量,记录数据如下: 次数 1 2 3 4 5 6 7 U/V 0.10 0.30 0.70 1.00 1.50 1.70 2.30 I/A 0.020 0.060 0.160 0.220 0.340 0.460 0.520 由以上实验数据可知,他们测量Rx是采用下图中的________图(选填“甲”或“乙”)。 (3)下图是测量Rx的实验器材实物图,图中已连接了部分导线,滑动变阻器的滑片P置于变阻器的一端。 请根据 (2)所选的电路图,补充完成图中实物间的连线,并使闭合开关的瞬间,电压表或电流表不至于被烧坏。 (4)这个小组的同学在坐标纸上建立U、I坐标系,如下图所示,图中已标出了与测量数据对应的4个坐标点。 请在图中标出第2、4、6次测量数据的坐标点,并描绘出U-I图线。 由图线得到金属丝的阻值Rx=________Ω(保留2位有效数字)。 (5)根据以上数据可以估算出金属丝电阻率约为________。 A.1×10-2Ω·mB.1×10-3Ω·m C.1×10-6Ω·mD.1×10-8Ω·m (6)任何实验测量都存在误差,本实验所用测量仪器均已校准,下列关于误差的说法中正确的是________(有多个正确选项)。 A.用螺旋测微器测量金属丝直径时,由读数引起的误差属于系统误差 B.由电流表和电压表内阻引起的误差属于偶然误差 C.若将电流表和电压表的内阻计算在内,可以消除由测量仪表引起的系统误差 D.用U-I图像处理数据求金属丝电阻可以减小偶然误差 [针对训练]现在要测量一段电阻丝的电阻率ρ,其阻值Rx约为0.5Ω,允许通过的最大电流为0.5A。 现有如下器材可供选择: 电流表A(量程0.6A,内阻约为0.6Ω) 电压表V(量程3V,内阻约为3kΩ) 待测电阻丝Rx(阻值约为0.5Ω) 标准电阻R0(阻值5Ω) 滑动变阻器R1(5Ω,2A) 滑动变阻器R2(200Ω,1.5A) 直流电源E(输出电压为6V) 开关S、导线若干 (1)图为四位同学分别设计的测量电路的一部分,你认为合理的是________; (2)实验中滑动变阻器应该选择________(选填“R1”或“R2”),并采用________接法; (3)根据你在 (1) (2)中的选择,在图甲上完成实验电路的连接; (4)实验中,如果两电表的读数分别为U和I,测得拉直后电阻丝的长度为L、直径为D,则待测电阻丝的电阻率ρ的计算式为ρ=________; (5)用螺旋测微器测量待测电阻丝的直径时读数如图乙所示,则该电阻丝的直径D=________。 三、课后巩固区 双成学案分层训练: 基础过关/能力提升 我的反思:
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- 113 实验 导体 电阻率 测量