实验一测定金属的电阻率课件.ppt

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1、第 七 章 恒 定 电 流 实 验 一 测 定 金 属 的 电 阻 率 (同 时 练 习 使 用 螺 旋 测 微 器 ) 【 实 验 目 的 】1.掌 握 螺 旋 测 微 器 的 原 理 及 读 数 方 法 。2.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 。3.会 用 伏 安 法 测 电 阻 ， 并 能 测 定 金 属 的 电阻 率 。 一 、 螺 旋 测 微 器 的 构 造 原 理 及 读 数 (2) 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 m

2、m， 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 。 1 构 造 ： 小 砧 A和 固 定 刻度 B固 定 在 框 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 。(3)读 数 ：

3、 测 量 值 =固 定 刻 度 数 (毫 米 )(注 意 半 毫 米 刻线 是 否 露 出 )+可 动 刻 度 数 (估 一 位 ) 0.01(毫 米 ) （ 3） 读 数 方 法 ： 测 量 时 被 测 物 体 长 度 的 半 毫 米 数 由 固 定 刻 度 读出 ， 不 足 半 毫 米 部 分 由 可 动 刻 度 读 出 ， 可 由 可 动刻 度 零 刻 线 与 轴 线 的 位 置 关 系 判 断 ： 零 刻 度 在 下则 已 经 露 出 。 如 图 所 示 ， 固 定 刻 度 示 数 为2.0 mm， 而 从 可 动 刻 度 上 读 的示 数 为 15.0， 最 后 的 读 数 为2.0

4、 mm+15.0 0.01 mm=2.150 mm。 2 游 标 卡 尺 （ 1） 构 造 ：（ 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 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 。 （ 4） 读

5、数 ： 游 标 卡 尺 的 读 数 应 注 意 以 下 几 点 ：(1)看清精确度,例如易错成(1140 01) m m1140 m m正确的应为114 m m，游标卡尺不需估读，后面不能随意加零 易错成(1012 005) m m106 m m，正确的应为1060 m m 课 堂 探 究 (2)主尺上的单位为厘米主尺上标识的1、2、3等数字通常是指厘米，读数时应将毫米和厘米分清，游标卡尺主尺上的最小刻度是1 m m易错成(54 0.05) m m5.20 m m正确的应为(504 0.05) m m 50. 20 m m 课 堂 探 究 (3)区分零刻度与标尺最前端易错成(1310 0.05

6、) m m13.50 m m正确读数为(1410 0.05) m m14.50 m m 【 例 1】 (1)如 图 5 所 示 的 三 把 游 标 卡 尺 ， 它 们 的 游 标 尺 的 刻 度 从 上 至 下 分别 为 9 m m 长 10 等 分 、 19 m m 长 20 等 分 、 49 m m 长 50 等 分 ， 它 们 的读 数 依 次 为 _m m ， _m m ， _m m (2)使 用 螺 旋 测 微 器 测 量 金 属 丝 的 直 径 ， 示 数 如 图 6 所 示 ， 则 金 属 丝 的 直径 是 _m m 图 5 图 6 17.7 23.85 3.182.150 二

7、、 实 验 的 原 理 理由 R L/S得 RS/L， 因 此 ， 只 要测 出 金 属 丝 的 长 度 l， 横 截 面 积 S和金 属 丝 的 电 阻 R， 即 可 求 出 金 属 丝的 电 阻 率 .(1)把 金 属 丝 接 入 电 路 中 ， 用 伏 安 法测 金 属 丝 的 电 阻 R(R=U/I) 电 路 原理 图 如 图 所 示 (2)用 毫 米 刻 度 尺 测 量 金 属 丝 的 长 度 l， 用 螺 旋 测微 器 量 得 金 属 丝 的 直 径 ， 算 出 横 截 面 积 S.(3)将 测 量 的 数 据 代 入 公 式 RS/L，求 得 金 属 丝 的 电 阻 率 ：=R

8、xS/l=d2U/(4lI)。 三 、 实 验 步 骤1 直 径 测 定 ： 用 螺 旋 测 微 器 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 电 路 连 接 ： 连 接 好 用 伏 安 法 测 电 阻 的 实 验 电 路 3 长 度 测 量 ： 用 毫 米 刻 度 尺 测 量 接 入 电 路 中 的 被 测 金 属 导 线 的有 效 长 度 ， 反 复 测 量 3 次 ， 求 其 平 均 值 l.4 U、 I 测 量 ： 把 滑 动 变 阻 器 的 滑 动 片 调 节 到 使 接 入 电 路 中 的 电阻 值 最 大

9、 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 片 的 位 置 ， 读 出 几 组 相 应 的 电 流 表 、 电 压 表 的 示 数I 和 U 的 值 ， 填 入 记 录 表 格 内 ， 断 开 开 关 S， 求 出 金 属 导 线 电 阻 R 的 平 均 值 5 拆 除 电 路 ， 整 理 好 实 验 器 材 四 、 数 据 处 理1 在 求 R 的 平 均 值 时 可 用 两 种 方 法(1)用 R UI 分 别 算 出 各 次 的 数 值 ， 再 取 平 均 值 (2)用 UI 图 线 的 斜 率 求 出 2 计 算

10、 电 阻 率 ： 将 记 录 的 数 据 R、 l、 d 的 值 代 入 电 阻 率 计 算 式 RSl d2U4lI .五 、 误 差 分 析1 金 属 丝 的 横 截 面 积 是 利 用 直 径 计 算 而 得 ， 直 径 的 测 量 是 产 生 误 差的 主 要 来 源 之 一 2 采 用 伏 安 法 测 量 金 属 丝 的 电 阻 时 ， 由 于 采 用 的 是 电 流 表 外 接 法 ，测 量 值 小 于 真 实 值 ， 使 电 阻 率 的 测 量 值 偏 小 3 金 属 丝 的 长 度 测 量 、 电 流 表 和 电 压 表 的 读 数 等 也 会 带 来 偶 然 误 差 4 由

11、于 金 属 丝 通 电 后 发 热 升 温 ， 会 使 金 属 丝 的 电 阻 率 变 大 ， 造 成 测量 误 差 六 、 【 注 意 事 项 】1.螺 旋 测 微 器 的 使 用(1)测 量 前 必 须 校 对 零 点 :先 使 测 砧 A与 测 微 螺 杆 P并 拢 ,观 察 可动 刻 度 的 零 刻 度 线 与 固 定 刻 度 的 轴 向 线 是 否 重 合 以 及 可 动 刻 度的 边 缘 与 固 定 刻 度 的 零 刻 度 线 是 否 重 合 。 不 重 合 时 ,用 存 放 在螺 旋 测 微 器 盒 中 的 工 具 调 节 ,直 到 完 全 重 合 为 止 。(2)测 量 时 ,

12、当 测 微 螺 杆 P将 要 接 触 被 测 物 体 时 ,要 停 止 使 用 旋 钮K,改 用 微 调 旋 钮 K ,当 听 到 “ 咔 、 咔 ” 声 后 ,停 止 转 动 ,以避 免 P和 被 测 物 体 间 产 生 过 大 的 压 力 。 这 样 既 可 以 保 护 仪 器 ,又能 保 证 测 量 结 果 准 确 。 (3)螺 旋 测 微 器 应 估 读 一 位 ， 即 以 mm作 单 位 ,应 读 到 小 数 点 后 面第 三 位 。 2.测 定 金 属 的 电 阻 率(1)测 量 被 测 金 属 导 线 的 有 效 长 度 ， 是 指 测 量 待 测 导 线接 入 电 路 的 两

13、个 端 点 之 间 的 长 度 ， 亦 即 电 压 表 两 端 点 间的 待 测 导 线 长 度 ， 测 量 时 应 将 导 线 拉 直 ， 反 复 测 量 三 次 ，求 其 平 均 值 。(2) 测 金 属 导 线 直 径 一 定 要 选 三 个 不 同 部 位 进 行 测 量 ，求 其 平 均 值 (3)本 实 验 中 被 测 金 属 丝 的 电 阻 值 较 小 ， 故 应 采 用 电 流表 外 接 法 。 (4)开 关 S闭 合 前 ， 滑 动 变 阻 器 的 阻 值 要 调 到 最 大 。(5)实 验 连 线 时 ,应 先 从 电 源 的 正 极 出 发 ,依 次 将 开关 、 电 流

14、 表 、 待 测 金 属 丝 、 滑 动 变 阻 器 连 成 干 路 ，然 后 再 把 电 压 表 并 联 在 待 测 金 属 丝 的 两 端 。 6 在 用 伏 安 法 测 电 阻 时 ， 通 过 待 测 导 线 的 电 流 强 度 I不宜 过 大 (电 流 表 用 0 0.6 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 7 求 R的 平 均 值 时 可 用 两 种 方 法 ： 第 一 种 是 用 R U/I算出 各 次 的 测 量 值 ， 再 取 平 均 值 ； 第

15、二 种 是 用 图 象 (UI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 七 、 实 验 改 进在 本 实 验 中 ， 由 于 电 表 内 电 阻 的 影 响 ， 从 而 使 金 属 导 线 电 阻 测 量值 偏 小 ， 可 以 改 进 实 验 电 路 ， 消 除 由 于 电 表 内 阻 的 影 响 而 带 来 的实 验 误 差 1 等 效 替 换 法连 接 电 路

16、 如 图 所 示 ， R 为 电 阻 箱 ， Rx 为 待 测 电 阻 ， 通 过 调 节 电 阻箱 R， 使 单 刀 双 掷 开 关 S 分 别 接 1 和 2 时 ， 电 流 表 中 的 电 流 示 数相 同 ， 则 表 明 R x R， 即 可 测 出 Rx. 【 例 1】 某 实 验 小 组 利 用 实 验 室 提 供 的 器 材 探 究 一 种 金属 丝 的 电 阻 率 ， 所 用 的 器 材 包 括 ： 输 出 为 3V的 直 流 稳 压电 源 、 电 流 表 、 待 测 金 属 丝 、 米 尺 、 电 阻 箱 、 开 关 和 导线 等 (如 图 )。 (1)他 们 截 取 了 一

17、 段 金 属 丝 ， 拉 直 后 固 定 在绝 缘 的 米 尺 上 ， 并 在 金 属 丝 上 夹 上 一 个 小 金 属 夹 ， 金 属夹 可 在 金 属 丝 上 移 动 。 请 根 据 现 有 器 材 ， 设 计 实 验 电 路 ，并 连 接 电 路 实 物 图 (如 图 )。考 点 1 测 定 金 属 电 阻 率 的 原 理 (2)实 验 的 主 要 步 骤 如 下 ： 正 确 连 接 电 路 ， 设 定 电 阻 箱 的 阻 值 ， 开 启电 源 ， 合 上 开 关 ； 读 出 电 流 表 的 示 数 ， 记 录 金 属 夹 的 位 置 ； 断 开 开 关 ， _。 合 上 开 关 ，重

18、 复 的 操 作 。 (3)该 小 组 测 得 电 流 与 金 属丝 接 入 长 度 关 系 的 数 据 ， 并据 此 给 出 了 如 图 中 的 关 系 图线 ， 其 斜 率 为 _A1m1 (保 留 三 位 有 效 数 字 )； 图 线纵 轴 截 距 与 电 源 电 动 势 的 乘积 代 表 了 _ 的 电 阻 之 和 。 【 答 案】(1)如图甲、乙 。 (2) 读出接入电路中的金属丝的长度 (3)1.63 电源的内阻与电阻箱 【 解 析 】本题以创新型实验的形式考查了电阻率的测量，解答时首先要看明白实验的原理，对利用图象获取信息的能力有较高的要求。依据实验器材和实验目的测量金属丝的电阻

19、率，电路图如图甲所示；电路实物图如图乙所示，依据闭合电路欧姆定律得E=I(r+R 0+Rx)，参照题目给出的图象可得1/I=(r+R0)/E=/(ES)L，可见直线的斜率k=/(ES)，可知斜率、电源电动势和金属丝横截面积的乘积代表的物理量是金属丝的电阻率，其数值和单位为1.54107 m；依据直线可得其斜率为1.63 A1m1，截距为(r+R0)/E，则图线纵轴截距与电源电动势的乘积为(r+R0) 。 考 点 二 对 实 验 操 作 及 实 验 数 据 处 理 的 考 查 图 14 图 15 0.15525 图 16 A2 R2 图 17B 【 例 3】 某 研 究 性 学 习 小 组 设

20、计 了 如 图 所 示 的 电 路 ，用 来 研 究 稀 盐 水 溶 液 的 电 阻 率 与 浓 度 的 关 系 。 图中 E为 直 流 电 源 ， K为 开 关 ， K1为 单 刀 双 掷 开 关 ，V为 电 压 表 ， A为 多 量 程 电 流 表 ， R为 滑 动 变 阻器 ， Rx为 待 测 稀 盐 水 溶 液 液 柱 。 (1)实 验 时 ， 闭 合K之 前 将 R的 滑 片P置 于 _(填 “ C”或 “ D”) 端 ； 当 用电 流 表 外 接 法 测 量Rx的 阻 值 时 ， K1应置 于 位 置 _(填 “ 1”或 “ 2”)。 考 点 3 实 验 拓 展 创 新D 1 (2

21、)在 一 定 条 件 下 ， 用 电 流 表 内 、 外 接 法 得 到 Rx的电 阻 率 随 浓 度 变 化 的 两 条 曲 线 如 图 所 示 (不 计 由 于通 电 导 致 的 化 学 变 化 )， 实 验 中 Rx的 通 电 面 积 为 20 cm2， 长 度 为 20 cm， 用 内 接 法 测 量 Rx的 阻 值 是 3 500 ， 则 其 电 阻 率 为 _m， 由 图 中 对 应 曲线 _(填 “ 1”或 “ 2”)可 得 此 时 溶液 浓 度 约 为 _ %(结 果 保 留 两 位有 效 数 字 )。 0.011 0.014间的数据351 【 解 析】(1)滑动变阻器是分压作

22、用，为保护仪表，开始滑片P置于D端，电流表外接法测Rx阻值时，K1应置于1位置。 (2)由Rx=L/S得，=RxS/L=(350020104)/(20102)m=35 m。 因为Rx=3 500 ，这一阻值远大于电流表内阻，而与电压表内阻较接近，所以选用电流表内接法误差较小，测量较准确，曲线1对应的较准确，所以曲线1对应内接法。由曲线1可得此时溶液浓度约为0.012%。 2.有 一 根 圆 台 状 匀 质 合 金 棒 如 图 所 示 ，某 同 学 猜 测 其 电 阻 的 大 小 与 该 合 金 棒的 电 阻 率 、 长 度 L和 两 底 面 直 径 d、D有 关 。 他 进 行 了 如 下 实

23、 验 ： (1)测 量 该合 金 棒 电 阻 的 实 物 电 路 如 图 所 示 (相 关 器 材 的 参 数 已 在 图中 标 出 )。 该 合 金 棒 的 电 阻 约 为 几 个 欧 姆 。 图 中 有 一 处 连接 不 当 的 导 线 是 _。 (用 标 注 在 导 线 旁 的 数 字 表 示 ) (2)改 正 电 路 后 ， 通 过 实 验 测 得 合 金 棒 的电 阻 R=6.72 。 根 据 电 阻 定 律 计 算 电 阻率 为 、 长 为 L、 直 径 分 别 为 d和 D的 圆 柱状 合 金 棒 的 电 阻 分 别 为 Rd=13.3 、RD=3.38 。 他 发 现 ： 在 误 差 允 许 范 围 内 ，电 阻 R满 足 R2=RdRD， 由 此 推 断 该 圆 台 状合 金 棒 的 电 阻 R=_。(用 、 L、 d、 D表 示 )4L/(dD)