物理实验七 测定金属的电阻率 .ppt

实验七 测定金属的电阻率实验准备实验目的(1)掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法以及电流表和电压表的读数方法.(2)掌握螺旋测微器和游标卡尺的原理及读数方法.(3)会用“伏安法”测电阻，进一步测定金属的电阻率.实验原理结合_和_，用_测一段金属丝的长度 l，用_测导线的直径 d，用_法实验器材毫米刻度尺、螺旋测微器、直流电流表和直流电压表、滑动变阻器(阻值范围 050)、电池组、开关、被测金属丝、导线若干.欧姆定律电阻定律毫米刻度尺螺旋测微器伏安d24lR实验过程实验步骤螺旋测微器(1)用_在被测金属导线上的三个不同位置各测一次直径，求出其平均值 d.(2)依照电路图如图 S7-1 所示用导线将器材连好，将滑动变最大阻器的阻值调至_(填“最大”或“最小”).图 S7-1(3)用毫米刻度尺测量_中的被测金属导线的长度，即有效长度，反复测量 3 次，求出其平均值 l.(4)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值和电压值，记录在表格内；断开电键 S，求出被测金属导线电阻 R 的平均值.(5)拆去实验线路，整理好实验器材.数据分析算出金属导线的电阻率.接入电路实验分析误差分析(1)金属丝直径、长度测量带来误差.(2)电流表及电压表对电阻测量的影响，因为电流表外接，(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.【基础检测】(2013 年安徽卷)(1)在测定一根粗细均匀合金丝电阻率的实验中，利用螺旋测微器测定合金丝直径的过程如图 S7-2 所示，校零时的读数为_mm，合金丝的直径为_mm.图 S7-2(2)为了精确测量合金丝的电阻 Rx，设计出如图 S7-3 甲所示的实验电路图，按照该电路图完成图乙中的实物电路连接.甲乙图 S7-3答案：(1)0.007 0.638(0.6360.640 mm 均正确)(2)如图 D22 所示.图 D22考点 1 游标卡尺与螺旋测微器重点归纳一、螺旋测微器1.构造：如图 S7-4 所示是常用的螺旋测微器.它的测砧 A 和固定刻度 B 固定在尺架 C 上，旋钮 D、微调旋钮 D和可动刻度 E、测微螺杆 F 连在一起，通过精密螺纹套在 B 上.图 S7-42.原理：测微螺杆 F 与固定刻度 B 之间的精密螺纹的螺距为 0.5 mm，即旋钮 D 每旋转一周，F 前进或后退 0.5 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0.01 mm.即螺旋测微器的精确度为 0.01 mm.读数时误差出现在毫米的千分位上，因此，螺旋测微器又叫千分尺.3.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).二、游标卡尺1.构造：如图 S7-5 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.图 S7-52.用途：测量厚度、长度、深度、内径、外径.刻度格数(分度)刻度总长度每小格与1 mm 的差值精确度(可准确到)109 mm0.1 mm0.1 mm2019 mm0.05 mm0.05 mm5049 mm0.02 mm0.02 mm3.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 1 mm.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，其读数见下表：4.读数：若用 x 表示由主尺上读出的整毫米数，y 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(xy精确度)mm.典例剖析例 1：(2014 年海南卷)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 S7-6 甲和乙所示.甲乙图 S7-6(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_.解析：(1)螺旋测微器的读数为 1.5 mm34.40.01 mm1.844 mm(1.8421.846 mm 范围内的均正确)；游标卡尺的读数为 42 mm 80.05 mm 42.40 mm 4.240 cm.(2)圆柱体的横【考点练透】1.(1)如图 S7-7 所示的两把游标卡尺，它们的游标尺从左到右分别为 9 mm 长 10 等分、19 mm 长 20 等分，它们的读数依次_mm，_mm.甲乙图 S7-7(2)使用螺旋测微器测量两个金属丝的直径，示数如图 S7-8所示，则甲、乙金属丝的直径分别为_mm，_mm.甲乙图 S7-8解析：(1)图 S7-7 甲读数：整毫米是 17，不足 1 毫米数是70.1 mm0.7 mm，最后结果是 17 mm0.7 mm17.7 mm.乙图读数：整毫米是 23，不足 1 毫米数是 170.05 mm0.85mm，最后结果是 23 mm0.85 mm23.85 mm.(2)图 S7-8 甲读数：甲固定刻度示数为 2.0 mm，不足半毫米的从可动刻度上读的示数为 15.0，最后的读数为：2.0 mm15.00.01 mm 2.150 mm.图乙读数：乙金属丝的直径为4.50.01 mm0.045 mm.答案：(1)17.7 23.85 (2)2.150 0.045一般要求各电表的实际读数不小于其量程的 ，以减小读数考点 2 电阻率的测量及实物连线重点归纳1.仪器选择的基本思路(1)优先考虑安全因素各电表的实际读数不能超过其量程，电阻类元件中的实际电流(或电压)不能超过其允许的最大电流(或电压)(2)考虑读数误差因素误差.(3)仪器选择的一般步骤首先选择唯一性的器材；粗画电路图(暂不接电流表和电压表)；估算回路中电流和电压的最大值，在电表的指针有较大幅度的偏转但不超过其量程的情况下，结合已知器材的规格，确定实验电路和实验器材.2.注意事项(1)实验中如果被测金属导线的电阻值较小，实验电路必须用电流表外接法.(2)测金属丝直径一定要选多个不同部位进行测量.(3)闭合开关 S 之前，一定要使滑动变阻器的滑片处在有效电阻值最大的位置.(4)在用“伏安法”测电阻时，通过待测导线的电流 I 不宜过大(电流表用 00.6 A 量程)，通电时间不宜过长，以免金属导线的温度明显升高，造成其电阻率在实验过程中逐渐增大.次的测量值，再取平均值；第二种方法是用图象法(U-I 图线)来求出.若采用图象法，在描点时，要尽量使各点间的距离拉大一些，连线时要尽可能地让各点均匀分布在直线的两侧，个别明显偏离较远的点可以不予考虑.典例剖析例 2：(2014 年山东卷)实验室购买了一捆标称长度为 100 m的铜导线，某同学想通过实验测定其实际长度.该同学首先测得导线横截面积为 1.0 mm2，查得铜的电阻率为 1.7108 m，再利用如图 S7-9 甲所示电路测出铜导线的电阻 Rx，从而确定导线的实际长度.甲乙图 S7-9可供使用的器材有：电流表：量程 00.6 A，内阻约 0.2；电压表：量程 03 V，内阻约 9 k；滑动变阻器 R1：最大阻值 5；滑动变阻器 R2：最大阻值 20；定值电阻：R03；电源：电动势 6 V，内阻可不计；开关、导线若干.回答下列问题：(1)实验中滑动变阻器应选_(填“R1”或“R2”)，闭合开关 S 前应将滑片移至_(填“a”或“b”)端.(2)在实物图 S7-10 中，已正确连接了部分导线，请根据图S7-9 甲电路完成剩余部分的连接.图 S7-10(3)调节滑动变阻器，当电流表的读数为 0.50 A 时，电压表示数如图乙所示，读数为_V.(4)导线的实际长度为_m.(计算结果保留 2 位有效数字)解析：(1)由(3)中电流表的读数为 0.50 A 时，电压表的读数为 2.30 V 可知，Rx 和R0的总阻值约为4.60，若选用滑动变阻器 R1，电源电压为6 V，电流表的量程只有 0.6 A，会把电流表烧坏，故滑动变阻器应该选 R2.闭合开关前应将滑片移至 a 端保证连入电阻最大.(2)如图 S7-11 所示.图 S7-11(3)由于电压表量程为 03 V，分度值为 0.1 V，故读数为2.30 V.答案：(1)R2 a (2)如图 S7-11 所示.(3)2.30 (4)94【考点练透】2.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 50 cm.(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 S7-12 所示，其读数应为_mm(该值接近多次测量的平均值).图 S7-12(2)如图 S7-13 所示是本次测量 Rx 所用的电路图，图 S7-14所示是测量 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.请根据如图所示的电路图，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.图 S7-13图 S7-14(3)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，由于读数引起的误差属于系统误差B.由于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 图象处理数据求金属丝电阻可以减小偶然误差答案：(1)0.397(0.3950.399 均正确)(2)如图 D23 所示.图 D23(3)CD接法内接法外接法电路图误差原因 电流表分压，U测UxUA电压表分流，I测IxIV电阻测量值R测RxRARx测量值大于真实值测量值小于真实值适用条件RARx，Rx为大电阻；RVRx，Rx为小电阻；方法 1 内接法、外接法1.伏安法测电阻的两种电路形式比较项目内接法外接法电路选择计算法试触法若不知 Rx 的大概阻值，可采用“试触法”，将电路如图所示连接，空出电压表的一个接头 S，然后将 S分别与 a、b 接触一下，若电流表“相对变化”明显，说明电压表分流作用较强，应采用电流表内接法，若电压表“相对变化”明显，说明电流表分压作用较强，应采用电流表外接法.2.电流表内接法、外接法的确定方法例 3：某学习小组用“伏安法”测量一未知电阻 R 的阻值，给定器材及规格为：电流表(量程 05 mA，内阻约为 10)；电压表(量程 03 V，内阻约为 3 k)；最大阻值约为 100 的滑动变阻器；电源 E(电动势约为 3 V)；开关 S、导线若干.(1)由于不知道未知电阻的阻值范围，先采用如图 S7-15 甲所示电路试测，读得电压表示数大约为 2.5 V，电流表示数大约为 5 mA，则未知电阻阻值 Rx 大约为_.(2)经分析，该电路测量误差较大，需作改进.请直接在原图甲上改画：在不需要的连线上画“”表示，补画上需要添加的连线.(3)对改进的电路进行测量，并根据测量数据画出了如图乙所示的 U-I 图象，得 Rx_.(计算结果保留 3 位有效数字)甲乙图 S7-15审题突破：根据(1)计算出来的未知电阻的大约阻值判断是内接还是外接，然后改电路；(3)中的图象坐标的标度都不是从0 开始的，但根据电阻的特性，电压为 0 时，电流一定为 0，故一定过原点，图象应该是过原点的一倾斜直线，可用斜率求出其阻值.600.阻时应采用安培表内接法测电阻.图 S7-16(3)U-I 图象的斜率 k 等于所测未知电阻阻值 Rx，所以RxkUI答案：(1)500 (2)如图 S7-16 所示.(3)600题外拓展：该题给出的滑动变阻器的最大阻值为 100，根据(1)问计算出来的未知电阻阻值大约 500，故控制电路用分压接法，所以不用改变滑动变阻器的接法.若题中的滑动变阻器的最大阻值从 100 改为 1500，则滑动变阻器需用限流接法，解答(2)问时，应该还要改变滑动变阻器的连线.【触类旁通】1.(2014 年新课标全国卷)在“伏安法测电阻”的实验中，待测电阻Rx约为 200，电压表的内阻约为 2 k，电流表的内阻约为 10，测量电路中电流表的连接方式如图 S7-17 甲 压表和电流表的示数.若将图甲和图乙中电路测得的电阻值分真实值.甲乙图 S7-17答案：大于小于方法 2 电阻测量的五种方法1.伏安法特点：大内小外(内接法测量值偏大，测大电阻时应用内接法测量)2.安安法若电流表内阻已知，则可将其当做电流表、电压表以及定值电阻来使用.(1)如图 S7-18 甲所示，当两电表所能测得的最大电压接近时，如果已知的内阻 R1，则可测得的内阻 R2I1R1I2.(2)如图乙所示，当两电表的满偏电压 UA2UA1时，串联一定值电阻 R0 后，同样可测得的内阻 R2I1(R1R0).I2甲乙图 S7-18的内阻3.伏伏法若电压表内阻已知，则可将其当做电流表、电压表和定值电阻来使用.(1)如图 S7-19 甲所示，两电表的满偏电流接近时，若已知的内阻 R1，则可测出的内阻 R2U2U1R1.(2)如图乙所示，两电表的满偏电流 IV1IV2时，并联一定值电阻 R0 后，同样可得甲 乙图 S7-19读数为 ；4.半偏法电路图如图 S7-20 所示图 S7-20满偏为 I0；步骤：(1)断开 S2，闭合S1，调节R0，使(2)保持 R0不变，闭合 S2，调节 R，使(3)由上可得 RAR.5.等效替代法如图 S7-21 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.图 S7-21例 4：(2014 年四川卷)如图 S7-22 所示是测量阻值约几十欧的未知电阻 Rx的原理图，图中 R0 是保护电阻(10)，R1是电阻箱(099.9)，R是滑动变阻器，和是电流表，E是电源(电动势 10 V，内阻很小).在保证安全和满足要求的情况下，使测量范围尽可能大.实验具体步骤如下：图 S7-22连接好电路，将滑动变阻器 R 调到最大；闭合 S，从最大值开始调节电阻箱 R1，先调 R1为适当值，再调节滑动变阻器 R，使示数为 I10.15 A，记下此时电阻箱的阻值 R1 和的示数 I2；重复步骤，再测量 6 组 R1 和 I2 值；将实验测得的 7 组数据在坐标纸上描点.根据实验回答以下问题：(1)现有四只供选用的电流表：A.电流表(03 mA，内阻为 2.0)B.电流表(03 mA，内阻未知)C.电流表(00.3 A，内阻为 5.0)D.电流表(00.3 A，内阻未知)应选用_，应选用_.(2)测得一组 R1 和 I2 值后，调整电阻箱 R1，使其阻值变小，要使示数 I1 0.15 A，应让滑动变阻器 R 接入电路的阻值_(填“不变”“变大”或“变小”).(3)在如图 S7-23 所示的坐标纸上画出 R1 与 I2 的关系图.图 S7-23(4)根据以上实验得出 Rx_.(2)R1 的阻值变小，要使的示数不变，需并联部分的电压变小，所以滑动变阻器的电阻要变大.(3)图线如图所示.答案：(1)D C (2)变大 (3)如图 S7-24 所示.(4)31图 S7-24【触类旁通】2.为了测量一微安表头的内阻，某同学设计了如图 S7-25所示的电路.图中是标准电流表，R0 和 RN分别是滑动变阻器和电阻箱，S 和 S1 分别是单刀双掷开关和单刀单掷开关，E 是电池.完成下列实验步骤中的填空：图 S7-25(1)当将 S 拨向接点 1 时，接通 S1，调节_，使待测微安表头指针偏转到适当位置，记下此时_的读数 I.(2)然后将 S 拨向接点 2，调节_，使_，记下此时 RN 的读数.(3)多次重复上述过程，计算 RN 读数的_，此即为待测微安表头内阻的测量值.答案：(1)R0 标准电流表的示数为 I(2)RN 标准电流表(3)平均值