山东省专用2018_2019学年高中物理第二章恒定电流实验：测定金属的电阻率同时练习使用螺旋测微器讲义含解析新人教版选修3.doc

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1、实验：测定金属的电阻率(同时练习使用螺旋测微器)一、实验目的1练习伏安法测电阻，并测出金属丝的电阻率。2练习使用螺旋测微器。二、实验原理1实验测定金属电阻率的理论依据是电阻定律。2金属丝的电阻值可以用伏安法测出。3金属丝的长度应用毫米刻度尺测定，金属丝的直径可以用螺旋测微器测定。4螺旋测微器的读数规则测量值固定刻度整毫米数(半毫米数)可动刻度读数(含估读)0.01 mm。三、实验电路电流表仍然外接，而滑动变阻器一般采用限流式接法即可，如图所示。四、实验器材毫米刻度尺、螺旋测微器、直流电流表、直流电压表、滑动变阻器(050 )、电池组、开关、导线、待测金属丝等。五、实验步骤1用毫米刻度尺测量接入

2、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123平均值金属丝长l/m金属丝直径d/m3.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123电阻平均值电压U/V电流I/A电阻Rx/5.拆除实验电路，整理好实验器材。六、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0.01 mm，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，

3、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UI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中，计算出金属导线的电阻率。七、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R真导致测真(系统误差)。3通电时间过长，电流过大，都会导致

4、电阻率发生变化(系统误差)。八、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UI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。例1在“测定金属的电阻率”的实验中，(1)某同学用螺旋测微器测金属丝直径时，测得结果如图甲所示，则该金属丝的直径为_mm。(2)用量程为3 V的电压表和量程为0.6 A的电流表测金属丝的电压和电流时读数如图乙所示，则电

5、压表的读数为_V，电流表的读数为_A。(3)用米尺测量金属丝的长度L0.810 m。利用以上测量数据，可得这种材料的电阻率为_ m(保留两位有效数字)。解析(1)螺旋测微器的读数为：d2.5 mm43.50.01 mm2.935 mm。(2)因电压表的每小格读数为0.1 V，所以应估读到0.01 V，所以电压表的读数为：U2.60 V；同理，电流表的每小格读数为0.02 A，应估读到0.01 A，所以电流表的读数为：I0.52 A。(3)根据R得：带入数据得：4.2105m。答案(1)2.935(2)2.600.52(3)4.2105例2某同学为了测量某阻值约为5 的金属棒的电阻率，进行了如下

6、操作：(1)分别使用10分度游标卡尺和螺旋测微器测量金属棒的长度L和直径d，某次测量的示数如图1和图2所示，长度L_mm，直径d_mm。(2)现备有下列器材：待测金属棒Rx(阻值约为5 )；电压表V1(量程3 V，内阻约3 k)；电压表V2(量程15 V，内阻约9 k)；电流表 A1(量程0.6 A，内阻约为0.2 )；电流表A2(量程3 A，内阻约为0.05 )；电源E(电动势3 V，内阻不计)；滑动变阻器R1(最大阻值约为20 )；滑动变阻器R2(最大阻值约为1 000 )；开关S；导线若干。若滑动变阻器采用限流接法，为使测量尽量精确，电压表应选_，电流表应选_，滑动变阻器应选_(均选填器

7、材代号)。正确选择仪器后请在图3中用笔画线代替导线，完成实物电路的连接。用伏安法测得该电阻的电压和电流，并作出其伏安特性曲线如图4所示，若图像的斜率为k，则该金属棒的电阻率_(用题中所给各个量的对应字母进行表述)。 解析(1)游标卡尺主尺示数与游标尺示数之和是游标卡尺的示数，故长度L23 mm50.1 mm23.5 mm；d6.5 mm0.01 mm21.36.713 mm。(2)电源电动势为3 V，故电压表用V1；由于被测电阻约为5 ，故电流表用A1；滑动变阻器选R1；题目中已说明滑动变阻器采用限流接法，25，600，由于，则电流表使用外接法，实物连接图如图所示。UI图像的斜率的物理意义为被

8、测电阻的阻值，即kR，结合电阻定律可得金属棒的电阻率表达式为。答案(1)23.56.713(2)V1A1R11多选在“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多选在“测定金属

9、的电阻率”实验中，关于误差的下列说法中正确的是()A电流表采用外接法，将会使测真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由可知，I、d、U、l中每一个物理量的测量都会引起的测量误差D由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ACD由于采用外接法，将导致R测R真，由可知测真，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；由可知每一个物理量测量都会引起的误差，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(

10、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所示，校零时的读数为_ mm，合金丝的直径为_mm。(2)为了精确测量合金丝的电阻Rx，设计出如图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。解析：(1)由于螺旋测微器开始起点有误差，估读为0.007 mm，测量后要去掉开始误差。(2)将电表连入电路时注意电流要从正接线柱流入，掌握滑动变阻器的分压接法。答案：(1)0.0070.638(2)如图所示4.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l0.720 m，用螺旋测微器测出金属丝直径(刻度位置如图所示)，用伏安

11、法测出金属丝的电阻(阻值大约为5 )，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3 V)B电流表A(量程00.6 A，内阻约0.125 )C电压表V(量程03 V，内阻3 k)D滑动变阻器(最大阻值20 )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Rx4.0 ，则这种金属材料的电阻率为_ m。(保留两位有效数字)解析：(3)由R得，将Rx4.0 、l0.720 m、d0.600 mm0.600103 m代入得1.6106m。答

12、案：(1)0.600(2)如图所示(3)1.61065某实验小组在“测定金属的电阻率”的实验过程中，获得的金属丝直径以及电流表、电压表的读数如图所示，则它们的值分别是_mm，_A，_V。已知实验中所用的滑动变阻器阻值范围为010 ，电流表内阻约几欧，电压表内阻约20 k。电源为干电池(不宜在长时间、大功率状况下使用)，电动势E4.5 V，内阻很小。则图中_(填电路图下方的字母)电路为本次实验应当采用的最佳电路。用此电路测得的金属丝电阻Rx比真实值_(选填“大”或“小”)。若已知实验所用的电流表内阻的准确值RA2.0 ，那么准确测量金属丝电阻Rx的最佳电路应是图中的_电路。若此时测得电流为I、电

13、压为U，则金属丝电阻Rx_(用题中各物理量符号表示)。解析：根据螺旋测微器读数规则可知金属丝直径为0.998 mm；电流表读数是0.42 A，电压表读数是2.26 V。由于金属丝电阻一般不太大，应采用电流表外接法。干电池不宜在长时间、大功率状况下使用，应采用限流电路，所以本次实验应当采用的最佳电路为图A。用此电路测得的金属丝电阻Rx实质是电阻丝与电压表并联后的等效电阻值，比真实值小。若已知实验所用的电流表内阻的准确值RA2.0 ，那么准确测量金属丝电阻Rx的最佳电路应是题图中的B电路。若此时测得电流为I、电压为U，则金属丝电阻RxRA。答案：0.9980.422.26A小BRA6有一根细而均匀

14、的导电材料样品(如图甲所示)，截面为同心圆环(如图乙所示)，此样品长约为5 cm，电阻约为100 ，已知这种材料的电阻率为，因该样品的内径太小，无法直接测量。现提供以下实验器材：A20分度的游标卡尺B螺旋测微器C电压表 V(量程3 V，内阻约3 k)D电流表A1(量程50 mA，内阻约20 )E电流表A2(量程0.3 A，内阻约1 )F滑动变阻器R(020 ，额定电流2 A)G直流电源E(约4 V，内阻不计)H开关一只，导线若干请根据上述器材设计一个尽可能精确地测量该样品内径d的实验方案，回答下列问题：(1)用游标卡尺测得该样品的长度如图丙所示，其示数L_mm；用螺旋测微器测得该样品的外径如图

15、丁所示，其示数D_mm。(2)设计电路测量导电材料样品的电阻Rx。在设计时电流表应选择_(填“内接法”或“外接法”)。这样设计后实验电阻Rx的测量值将_(填“大于”“等于”或“小于”)实际值。(3)若某次实验中，电压表和电流表的读数分别为U和I，则用已知物理量和测得的物理量的符号来表示样品的内径d _。解析：(1)根据游标卡尺，其主尺读数为50 mm，游标尺部分读数为0.0511 mm0.55 mm，故游标卡尺的读数为L50 mm0.55 mm50.55 mm；由题图所示螺旋测微器可知，固定刻度示数为6 mm，可动刻度示数为12.30.01 mm0.123 mm，螺旋测微器示数D6 mm0.123 mm6.123 mm。(2)由所给实验器材可知，应采用伏安法测电阻阻值，由于待测电阻阻值约为100 ，滑动变阻器最大阻值为20 ，为测多组实验数据，滑动变阻器应采用分压接法；电路最大电流约为I A0.03 A30 mA，电流表应选A1，电流表内阻约为20 ，电压表内阻约为3 000 ，相对来说电压表内阻远大于待测电阻阻值，电流表应采用外接法，实验电路图如图所示；电流表采用外接法，由于电压表分流，电流测量值大于真实值，电阻测量值小于真实值。(3)由欧姆定律可知，样品电阻：R，由电阻定律可知：R，解得：d 。答案：(1)50.556.123(0.002)(2)外接法小于(3)