第3章 實(shí)驗(yàn)1：測(cè)定金屬的電阻率

1、.實(shí)驗(yàn)一：測(cè)定金屬的電阻率學(xué)習(xí)目的1.掌握螺旋測(cè)微器的使用方法和讀數(shù)方法.2.學(xué)會(huì)利用伏安法測(cè)電阻，進(jìn)一步測(cè)出金屬的電阻率知識(shí)探究一、實(shí)驗(yàn)原理和方法1用毫米刻度尺測(cè)一段金屬絲導(dǎo)線的長(zhǎng)度 l，用螺旋測(cè)微器測(cè)導(dǎo)線的直徑d，用伏安法測(cè)導(dǎo)線的電阻R，由R，得.2用伏安法測(cè)電阻，其原理為I，那么R，即測(cè)出導(dǎo)體兩端的電壓和通過(guò)的電流，便可計(jì)算出導(dǎo)體的電阻但在測(cè)量中通常有兩種方式，即電流表的內(nèi)接法與外接法1電流表內(nèi)、外接法的比較內(nèi)接法外接法電路圖誤差原因電流表分壓U測(cè)UxUA電壓表分流I測(cè)IxIV電阻測(cè)量值R測(cè)RxRA>Rx測(cè)量值大于真實(shí)值R測(cè)<Rx測(cè)量值小于真實(shí)值適用條件RxRARxRV2兩種

2、接法的選擇比較法假設(shè)RRV，說(shuō)明電壓表的分流作用較弱，應(yīng)用電流表外接法；假設(shè)RRA，說(shuō)明電流表的分壓作用較弱，應(yīng)選用電流表內(nèi)接法比值法假設(shè)>，應(yīng)選用電流表內(nèi)接法；假設(shè)<，應(yīng)選用電流表外接法；假設(shè)，兩種方法均可3螺旋測(cè)微器的原理及應(yīng)用1構(gòu)造：如圖實(shí)­1­1所示，測(cè)砧A和固定刻度B固定在尺架C上，可動(dòng)刻度E、旋鈕D、微調(diào)旋鈕D、測(cè)微螺桿F是連在一起的，通過(guò)精細(xì)螺紋套在B上圖實(shí)­1­12測(cè)量原理螺旋測(cè)微器的螺距是0.5 mm，螺栓上可動(dòng)刻度一周為50格，當(dāng)螺栓每轉(zhuǎn)一周時(shí)，前進(jìn)或后退一個(gè)螺距0.5 mm.假設(shè)螺栓每轉(zhuǎn)過(guò)1格，前進(jìn)或后退0.01 mm，

3、因此螺旋測(cè)微器的準(zhǔn)確度為0.01 mm.3操作與讀數(shù)使用螺旋測(cè)微器時(shí)，將被測(cè)物體放在小砧A和測(cè)微螺桿F之間，先使用粗調(diào)旋鈕D，在測(cè)微螺桿F快靠近被測(cè)物體時(shí)，改用微調(diào)旋鈕D，聽(tīng)到咔咔聲音停頓轉(zhuǎn)動(dòng)，并用止動(dòng)旋鈕止動(dòng)，然后讀數(shù)讀數(shù)時(shí)，在固定刻度尺上讀出大于0.5 mm的部分，在可動(dòng)刻度上讀出缺乏0.5 mm的部分，讀可動(dòng)刻度示數(shù)時(shí)還要注意估讀一位數(shù)字螺旋測(cè)微器的讀數(shù)可用下式表示：螺旋測(cè)微器的讀數(shù)固定尺上的讀數(shù)可動(dòng)尺上的讀數(shù)×準(zhǔn)確度如圖實(shí)­1­2所示，讀數(shù)為6.5 mm0.01×20.3 mm6.703 mm.圖實(shí)­1­2二、實(shí)驗(yàn)器材被測(cè)金屬

4、絲、米尺、螺旋測(cè)微器、電壓表、電流表、直流電源、開(kāi)關(guān)、滑動(dòng)變阻器和導(dǎo)線假設(shè)干三、實(shí)驗(yàn)步驟1用螺旋測(cè)微器在導(dǎo)線的三個(gè)不同位置上各測(cè)一次，并記錄2將金屬絲兩端固定在接線柱上懸空掛直，用毫米刻度尺測(cè)量接入電路的金屬絲長(zhǎng)度l即有效長(zhǎng)度，反復(fù)測(cè)量三次，并記錄3按照?qǐng)D實(shí)­1­3中所示的電路圖用導(dǎo)線把器材連好，并把滑動(dòng)變阻器的阻值調(diào)至最大圖實(shí)­1­34電路經(jīng)檢查無(wú)誤后，閉合開(kāi)關(guān)S，改變滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)片的位置，讀出幾組相應(yīng)的電流表、電壓表的示數(shù)I和U的值，記入記錄表格內(nèi)，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S.5拆去實(shí)驗(yàn)線路，整理好實(shí)驗(yàn)器材四、數(shù)據(jù)處理1根據(jù)記錄結(jié)果，計(jì)算出金屬絲的直徑d和長(zhǎng)度l的

5、平均值2根據(jù)記錄的I、U值，計(jì)算出金屬絲的平均電阻值R.3將測(cè)得的R、l、d的值，代入電阻率計(jì)算公式中，計(jì)算出金屬絲的電阻率五、誤差分析1直徑和長(zhǎng)度的測(cè)量造成偶爾誤差，應(yīng)采取屢次測(cè)量取平均值的方法減小誤差2電壓表、電流表讀數(shù)造成偶爾誤差讀數(shù)時(shí)，視線垂直于表盤，可減小誤差3測(cè)量電路中電壓表、電流表的接法對(duì)金屬絲電阻測(cè)量造成系統(tǒng)誤差，由于電路采用電流表外接法，造成電阻的測(cè)量值偏小4通過(guò)電流過(guò)大，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，使金屬絲發(fā)熱導(dǎo)致電阻率變大而引起誤差六、本卷須知1導(dǎo)線的長(zhǎng)度是連入電路的導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度而不是金屬絲的總長(zhǎng)度2由于被測(cè)金屬導(dǎo)線的阻值較小，為了減小測(cè)量誤差，應(yīng)選用電流表外接法3測(cè)電阻時(shí)，電流不宜過(guò)大

6、，通電時(shí)間不宜太長(zhǎng)4為準(zhǔn)確求出R的平均值，應(yīng)采用UI圖象法求電阻典例剖析在測(cè)定金屬的電阻率的實(shí)驗(yàn)中，可供選用的器材如下：待測(cè)金屬絲：Rx阻值約4 ，額定電流約0.5 A：電壓表：V量程3 V，內(nèi)阻約3 k；電流表：A1量程0.6 A，內(nèi)阻約0.2 ；電流表：A2量程3 A，內(nèi)阻約0.05 ；電源：E1電源電壓為3 V；電源：E2電源電壓為12 V；滑動(dòng)變阻器：R最大阻值約20 ；螺旋測(cè)微器；毫米刻度尺；開(kāi)關(guān)S；導(dǎo)線1用螺旋測(cè)微器測(cè)量金屬絲的直徑，示數(shù)如圖實(shí)­1­4所示，讀數(shù)為_(kāi) mm.圖實(shí)­1­42假設(shè)滑動(dòng)變阻器采用限流式接法，為使測(cè)量盡量準(zhǔn)確，電流表應(yīng)

7、選_，電源應(yīng)選_均填器材代號(hào)，在虛線框中完成電路原理圖解析1螺旋測(cè)微器的讀數(shù)為：15 mm27.7×0.01 mm1.777 mm.2在用伏安法測(cè)電阻的實(shí)驗(yàn)中，為使測(cè)量盡量準(zhǔn)確，那么電流表、電壓表指針需到達(dá)半偏以上，又因待測(cè)電阻絲的額定電流為0.5 A，所以電流表選A1，電源選E1即可電路原理圖如下圖答案11.7771.7751.779均正確2A1E1電路原理圖見(jiàn)解析圖在測(cè)定金屬的電阻率的實(shí)驗(yàn)中，金屬導(dǎo)線長(zhǎng)約0.8 m，直徑小于1 mm，電阻在5 左右，實(shí)驗(yàn)步驟如下：1用米尺測(cè)量金屬導(dǎo)線的長(zhǎng)度，測(cè)三次，求出平均值l，在金屬導(dǎo)線的不同位置用_測(cè)量直徑，求出平均值d.2用伏安法測(cè)量金屬導(dǎo)

8、線的電阻R.試把圖實(shí)­1­5中所給的器材連接成測(cè)量R的適宜電路圖中電流表的量程為00.6 A，內(nèi)阻接近1 ，電壓表的量程為03 V，內(nèi)阻為幾千歐，電源的電動(dòng)勢(shì)為6 V，變阻器的阻值為020 ，在閉合開(kāi)關(guān)前，變阻器的滑動(dòng)觸點(diǎn)應(yīng)處于正確位置圖實(shí)­1­53用上面測(cè)得的金屬導(dǎo)線長(zhǎng)度l、直徑d和電阻R，可根據(jù)電阻率的表達(dá)式_算出所測(cè)金屬的電阻率解析1金屬導(dǎo)線的直徑用螺旋測(cè)微器測(cè)量2接電路圖時(shí)，由于被測(cè)金屬導(dǎo)線的電阻值較小，應(yīng)采用電流表外接法，并且滑動(dòng)變阻器采取限流式，閉合開(kāi)關(guān)前，滑動(dòng)變阻器的滑片處在最大阻值處3由電阻定律R，有.答案1螺旋測(cè)微器2連線如下圖3隨 堂

9、 自 測(cè)·即 時(shí) 達(dá) 標(biāo)1在“測(cè)定金屬絲電阻率的實(shí)驗(yàn)中，由可知，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性影響最大的是A導(dǎo)線直徑d的測(cè)量B電壓U的測(cè)量C電流I的測(cè)量 D導(dǎo)線長(zhǎng)度的測(cè)量A四個(gè)選項(xiàng)中的四個(gè)物理量對(duì)金屬絲的電阻率均有影響，但影響最大的是直徑d，因?yàn)樵谟?jì)算式中取直徑的平方2在測(cè)定阻值較小的金屬的電阻率的實(shí)驗(yàn)中，為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，并要求在實(shí)驗(yàn)中獲得較大的電壓調(diào)節(jié)范圍，在測(cè)量其電阻時(shí)應(yīng)選擇的電路是 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：46242133】D因?yàn)榇郎y(cè)金屬的電阻較小，為減小誤差，電流表采用外接法；實(shí)驗(yàn)中獲得較大電壓調(diào)節(jié)范圍可采用滑動(dòng)變阻器分壓式接法，應(yīng)選項(xiàng)D正確3在伏安法測(cè)電阻的實(shí)驗(yàn)中，待測(cè)電阻Rx約為200 ，電壓表

10、的內(nèi)阻約為2 k，電流表的內(nèi)阻約為10 ，測(cè)量電路中電流表的連接方式如圖實(shí)­1­6a或圖b所示，結(jié)果由公式Rx計(jì)算得出，式中U與I分別為電壓表和電流表的示數(shù)假設(shè)將圖a和圖b中電路測(cè)得的電阻值分別記為Rx1和Rx2，那么_選填“Rx1或“Rx2更接近待測(cè)電阻的真實(shí)值，且測(cè)量值Rx1_選填“大于“等于或“小于真實(shí)值，測(cè)量值Rx2_選填“大于“等于或“小于真實(shí)值圖實(shí)­1­6解析由于10，20，可認(rèn)為待測(cè)電阻是大電阻，采取電流表內(nèi)接法測(cè)量更準(zhǔn)確，即題圖a電路測(cè)得的Rx1更接近待測(cè)電阻真實(shí)值；題圖a電路由于電流表的分壓使測(cè)量值大于真實(shí)值；題圖b電路由于電壓表的分流

11、使測(cè)量值小于真實(shí)值答案Rx1大于小于4在“測(cè)定金屬的電阻率的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)進(jìn)展了如下測(cè)量：1用毫米刻度尺測(cè)量接入電路中的被測(cè)金屬絲的有效長(zhǎng)度測(cè)量3次，求出其平均值l.其中一次測(cè)量結(jié)果如圖實(shí)­1­7甲所示，金屬絲的另一端與刻度尺的零刻度線對(duì)齊，圖中讀數(shù)為_(kāi) cm.用螺旋測(cè)微器測(cè)量金屬絲的直徑，選不同的位置測(cè)量3次，求出其平均值d.其中一次測(cè)量結(jié)果如圖實(shí)­1­7乙所示，圖中讀數(shù)為_(kāi) mm.圖實(shí)­1­72采用如圖實(shí)­1­8所示的電路測(cè)量金屬絲AB的電阻調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，假設(shè)其中一次兩表讀數(shù)分別如圖實(shí)­1­

12、;9中a、b所示，那么AB電阻的測(cè)量值大小為_(kāi) 保存一位小數(shù)，根據(jù)所連接的電路可知，該電阻的測(cè)量值比真實(shí)值_選填“偏大或“偏小 圖實(shí)­1­8圖實(shí)­1­93根據(jù)以上測(cè)量值，求出電阻率_ ·m.結(jié)果保存兩位有效數(shù)字解析1刻度尺的最小分度是1 mm，故金屬絲的測(cè)量長(zhǎng)度為24.13 cm24.1124.15 cm之間均對(duì)螺旋測(cè)微器中主尺半線已露出，故金屬絲的直徑為0.518 mm0.5150.519 mm之間均對(duì)2從電路實(shí)物圖可知，電壓表量程為03 V，讀數(shù)為2.17 V2.152.19 V之間均對(duì)電流表量程為00.6 A，故讀數(shù)為0.16 A故R 1

13、3.6 13.413.7 之間均對(duì)由于電流表采用外接法，電壓表的內(nèi)阻不是無(wú)窮大，電壓表分流，故電流表的測(cè)量值大于真實(shí)值，由R可知，電阻的測(cè)量值偏小3由R，R，Sd2，可得1.2×105 ·m.答案124.130.518213.6偏小31.2×1055某同學(xué)測(cè)量一個(gè)圓柱體的電阻率，需要測(cè)量圓柱體的尺寸和電阻. 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：46242134】1分別使用游標(biāo)卡尺和螺旋測(cè)微器測(cè)量圓柱體的長(zhǎng)度和直徑，某次測(cè)量的示數(shù)如圖實(shí)­1­10甲所示，長(zhǎng)度為5.01 cm，直徑為_(kāi) mm.圖實(shí)­1­102按圖實(shí)­1­10乙所示連接

14、電路后，實(shí)驗(yàn)操作如下：將滑動(dòng)變阻器R1的阻值置于最_處選填“大或“??；將S2撥向接點(diǎn)1，閉合S1，調(diào)節(jié)R1，使電流表示數(shù)為I0.將電阻箱R2的阻值調(diào)至最_選填“大或“小，S2撥向接點(diǎn)2；保持R1不變，調(diào)節(jié)R2，使電流表示數(shù)仍為I0，此時(shí)R2阻值為1 280 .3由此可知，圓柱體的電阻為_(kāi) .解析1螺旋測(cè)微器的讀數(shù)為d531.6×0.01 mm5.316 mm.2將滑動(dòng)變阻器R1的阻值調(diào)至最大，是為了保護(hù)電流表和電源；將電阻箱R2的阻值調(diào)至最大，也是為了保護(hù)電流表和電源3由等效替代法測(cè)量電阻的原理可知RxR21 280 .答案15.3165.3145.318均正確2大大31 2806實(shí)

15、驗(yàn)室購(gòu)置了一捆標(biāo)稱長(zhǎng)度為100 m的銅導(dǎo)線，某同學(xué)想通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定其實(shí)際長(zhǎng)度該同學(xué)首先測(cè)得導(dǎo)線橫截面積為1.0 mm2，查得銅的電阻率為1.7×108 ·m，再利用圖實(shí)­1­11甲所示電路測(cè)出銅導(dǎo)線的電阻Rx，從而確定導(dǎo)線的實(shí)際長(zhǎng)度圖實(shí)­1­11可供使用的器材有：電流表：量程0.6 A，內(nèi)阻約0.2 電壓表：量程3 V，內(nèi)阻約9 k滑動(dòng)變阻器R1：最大阻值5 滑動(dòng)變阻器R2：最大阻值20 定值電阻：R03 電源：提供6 V電壓開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線假設(shè)干答復(fù)以下問(wèn)題：1實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器應(yīng)選_選填“R1或“R2，閉合開(kāi)關(guān)S前應(yīng)將滑片移至_端選填“a或“b2在實(shí)物圖中，已正確連接了部分導(dǎo)線，請(qǐng)根據(jù)圖實(shí)­1­11甲電路完成剩余部分的連接圖實(shí)­1­123調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，當(dāng)電流表的讀數(shù)為0.50 A時(shí)，電壓表示數(shù)如圖實(shí)­1­11乙所示，讀數(shù)為_(kāi)V.4導(dǎo)線實(shí)際長(zhǎng)度為_(kāi)m結(jié)果保存兩位有效數(shù)字解析1根據(jù)R，得銅導(dǎo)線的阻值約為Rx1.7 ，即Rx