物理实验七 测定金属的电阻率 .ppt

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1、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

2、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

3、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

4、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

5、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

6、.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

7、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.

8、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.

9、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”

10、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

11、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

12、，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”

13、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_

14、(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

15、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.(

16、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

17、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

18、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

19、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

20、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

21、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

22、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