实验测量电阻测定金属丝的电阻率

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1、按 Esc键 退 出返 回 目 录 第三节实验(1):测量电阻测定金属丝的电阻率 按 Esc键 退 出返 回 目 录 基 础 梳 理 整 合核 心 理 解 深 化方 法 探 究 突 破 按 Esc键 退 出返 回 目 录 基 础 梳 理 整 合构 建 能 力 大 厦 的 奠 基 石 一、实验目的1.掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法及电流表和电压表的读数方法。2.掌握螺旋测微器及游标卡尺的原理及读数方法。3.会用伏安法测电阻,进一步测定金属丝的电阻率。二、实验器材被测金属丝、米尺、螺旋测微器、电压表、电流表、直流电源、开关、滑动变阻器、导线等。 根据欧姆定律和电阻定律,用毫米刻度尺测一段

2、金属丝的长度l,用螺旋测微器测金属丝的直径d,用伏安法测金属丝的电阻R,由R=,所lS以金属丝的电阻率= R。24dl三、实验原理 四、实验步骤1.用螺旋测微器在被测金属丝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)用导线将器材连好,将滑动变阻器的阻值调至最大。 3.用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属丝的长度,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,闭合开关S,改变滑动变阻器滑动片的位置,读出几组相应的电流值和电压值,记入表格内;断开开关S,求出金属丝电阻R的平均值。5.将测得的R、l、d值,代入电阻率计算公式= ,计算出金属丝的电阻率。6

3、.拆去实验线路,整理好实验器材。RSl 2d4 Rl 五、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,所以R测R真,由R=知测R真;外接法的误差是由于电压表的分流作用,使得电流表的测量值大于通过待测电阻电流的实际值,导致待测UI测测电阻的测量值小于实际值。这时测量值为电压表与待测电阻并联阻值R 测= R真。UI测测VVRR RR真真 一般情况下,测量大阻值电阻时,电流表的分压可以忽略,应采用电流表内接法。测量小阻值电阻时,电压表的分流可以忽略,应采用电流表外接法,即“大内小外”。若遇到待测电阻的阻值Rx既不太大又不太小时,可用求临界阻值的方法来

4、判定,即先算出临界电阻R0= ,A VR R 若RxR0,则采用电流表内接法。如果Rx、RA、RV的阻值关系不知道,也无法粗略估计时,可应用试触法判定。具体做法是:在如图所示的电路中,改变电表的连接方式,拿电压表的一个接线柱分别接触M、N两点,观察电流表和电压表的示数变化,如果电流表示数变化明显,说明电压表内阻对电路影响较大,应采用电流表内接法。如果电压表示数变化明显,说明电流表内阻对电路影响较大,应采用电流表外接法。 2.滑动变阻器的两种接法(1)两种电路的比较 分压电路限流电路电路图 电压变化范围0U UU 0 xxRR R 续表 分压电路限流电路功率P=UI总=U(I+I) P=UI滑动

5、变阻器的选择一般选用滑动变阻器的全电阻小于用电器的电阻,在0.10.5倍之间为好。即阻值小些,以获得较大的电流输出一般选用滑动变阻器的全电阻和用电器的电阻相差不多或大几倍,在25倍为好,这样既便于调节用电器两端电压,变化范围又比较大。若过大,则不能有效地控制电流;过小,则控制电流不平稳,会造成电流值跳跃太大 (2)选用限流电路还是选用分压电路的一般原则用电器两端电压要求变化范围较大,或从零开始连续可调,应选分压电路。如果采用限流电路时,电路中最小电流等于或大于用电器的额定电流,应选分压电路。如果滑动变阻器的全阻值比用电器的阻值小得多,为了能使用电器两端电压有较大变化,应选分压电路。如果滑动变阻

6、器的全阻值与用电器的阻值相差不多,两种电路都可以对用电器的电压(电流)进行有效方便的控制,从节省电能和电路简 单考虑,应选限流电路。 二、螺旋测微器和游标卡尺的使用【自主探究2】 (1)有一游标卡尺,主尺的最小分度是1 mm,游标上有20个小的等分刻度。用它测量一小球的直径,如图甲所示的读数是 mm。(2)如图乙,用螺旋测微器测量一根金属丝的直径,如图所示的读数是 mm。 甲乙 答案:(1)13.55 (2)0.680(或0.681)解析:(1)主尺读数为13 mm,游标尺读数为110.05 mm=0.55 mm,所以图甲的读数为13.55 mm。(2)固定刻度半毫米线已经露出,读数为0.5

7、mm,而从可动刻度上读的示数为18.0,最后的读数为(0.5+18.00.01) mm=0.680 mm。 按 Esc键 退 出返 回 目 录 归纳要点：1.螺旋测微器的构造原理及读数(1)螺旋测微器的构造如图所示是常用的螺旋测微器。它的小砧A和固定刻度S固定在框架F上。旋钮K、微调旋钮K和可动刻度H、测微螺杆P连在一起,通过精密螺纹套在S上。 (2)螺旋测微器的原理测微螺杆P与固定刻度S之间的精密螺纹的螺距为0.5 mm,即旋钮每旋转一周,P前进或后退0.5 mm,而可动刻度H上的刻度为50等份,每转动一小格,P前进或后退0.01 mm,即螺旋测微器的精确度为0.01 mm。读数时估算到毫米

8、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(毫米)=固定刻度数(毫米)(注意半毫米刻线是否露出)+可动刻度数(估读一位)0.01(毫米) 如图所示,固定刻度示数为2.0 mm,不足0.5毫米的部分从可动刻度上读的示数为15.5格,最后的读数为2.0 mm+15.50.01 mm=2.155 mm。 2.游标卡尺构造原理和读数(1)构造: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

9、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,见下表:刻度格数(分度) 10 9 0.1 0.120 19 0.05 0.0550 49 0.02 0.02mm刻度总长度1mmmm每小格与的差值( )mm精确度可精确到 (4)读数:若用x表示由主尺上读出的整毫米数;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。 按 Esc键 退 出返 回 目 录 方 法 探 究 突 破 提 升 应 用 技 巧 的 突 破 口

10、 【例1】用伏安法测量一个定值电阻的阻值,所需器材及规格如下:(1)待测电阻Rx(约100 )(2)直流毫安表A(量程010 mA,内阻50 )(3)直流电压表V(量程03 V,内阻5 k)(4)直流电源(输出电压4 V,内阻不计)(5)滑动变阻器(最大阻值为15 ,允许最大电流1 A)(6)开关一个,导线若干条 思路点拨:(1)怎样比较Rx、RA、RV,以确定测量电路的接法?(2)滑动变阻器能否用限流接法,为什么?实物图上连线。为了较准确地测量电阻阻值,根据器材的规格和实验要求,在本题的 解析:本题的电路选择有两种:一是滑动变阻器两种电路的选择;二是伏安法两种电路的选择。若采用限流电路,由题

11、给条件,电路中干路最小电流为I干min = A=24 mA。显然,超出了直流毫安表的量程。且由变阻器阻值R=15 R x知,应选择外接法。最后画出电路图如图甲所示,实物连线如图乙所示。415 50 100 2xR A VR R 甲 乙 答案:见解析 拓展链接 在“测定金属丝的电阻率”的实验中,用螺旋测微器测量金属丝直径时的刻度位置如图所示,用米尺测出金属丝的长度l,金属丝的电阻大约为5 ,先用伏安法测出金属丝的电阻R,然后根据电阻定律计算出该金属材料的电阻率。(1)从图中读出金属丝的直径为 mm。 (2)为此取来两节新的干电池、开关和若干导线及下列器材:A.电压表03 V,内阻10 kB.电压

12、表05 V,内阻50 kC.电流表00.6 A,内阻0.05 D.电流表03 A,内阻0.01 E.滑动变阻器,010 F.滑动变阻器,0100 要求较准确地测出其阻值,电压表应选 ,电流表应选 ,滑动变阻器应选 (填序号)。 实验中某同学的实物接线如图所示,请指出该同学实物接线中的两处明显错误。错误1 错误2 答案:(1)0.680(或0.679)(2)ACE错误1:导线连接在滑动变阻器的滑片上错误2:采用了电流表内接法 解析:(1)从螺旋测微器的固定刻度上可以看出,半毫米刻度线已经露出来,因此主尺上应读0.5 mm,可动刻度上接近第18个刻度线,可以估读0.180 mm(或0.179 mm

13、),所以该金属丝直径应为0.5 mm+0.180 mm(或0.179 mm)=0.680 mm(或0.679 mm)。(2)由电路图知电源是两节干电池,电动势是3 V,选用03 V量程的电压表A;因为电阻丝的电阻大约为5 ,如果把3V的电动势全加在电阻丝上,电流为0.6 A,因此选用量程为00.6 A的电流表C;此题中金属丝的电阻大约为5 ,为了减小实验误差,应选10 的滑动变阻器E。 【例2】 在物理兴趣小组活动中,一同学利用下列器材设计并完成了“探究导体阻值与长度的关系”的实验。 电压表V 1量程03 V内阻约为900 电压表V2量程010 V内阻约为3 k 电流表A量程060 mA内阻约

14、为5 电源E1电动势1.5 V内阻约为0.2 电源E2电动势4.5 V内阻约为0.4 滑动变阻器(最大阻值为10 )粗细均匀的同种电阻丝,开关、导线和刻度尺其主要实验步骤如下:A.选取图中器材,按示意图连接电路B.用伏安法测定电阻丝的阻值R C.用刻度尺量出电阻丝的长度LD.依次减小电阻丝的长度,保持电路其他部分不变,重复步骤B、C。E.处理数据,根据下列测量结果,找出电阻丝值与长度的关系为使实验尽可能准确,请你对上述步骤中画线处加以改进。(1) (2) L/m 0.995 6 0.804 9 0.598 1 0.402 1 0.195 8R/ 104.8 85.3 65.2 46.6 27.

15、1 解析:(1)根据电动势的大小和电压表的量程不能选择10 V,电路图选择V1当然正确。为减小测量误差,要求电压表的指针偏转过半,故1.5 V的电动势太小,电源E1应换为E2。(2)由于 = 67 ,第一组测量值104.8 为大电阻,用内接伏安法,第五组测量值27.1 为小电阻,用外接伏安法,这说明选择内、外接法应先用试触法判断调整后再测量。1A VR R 900 5 (2)= USIl 螺旋测微器、游标卡尺等仪器。(2)会用电路的理论知识,进行计算选择电流表、电压表等仪器;若Rx ,则采用电流表内接法。如果Rx、RA、RV的阻值关系不知道,也无法粗略估计时,可应用试触法判定;会根据限流电路和选用分压电路的选择原则选择电路。A VR R A VR R规律总结：(1)要正确应用电流表、电压表、刻度尺、答案:(1)电源E1改换为E2 (2)判断电流表的内外接法,作出相应调整。 按 Esc键 退 出返 回 目 录