人教版高中物理新教材同步講義 必修第三冊 第11章　3　實驗2　金屬絲電阻率的測量（含解析）

實驗2金屬絲電阻率的測量[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.掌握測量金屬絲電阻率的實驗原理和方法.2.了解伏安法測電阻的思路及實驗數(shù)據(jù)的處理方法．一、實驗思路設(shè)計實驗電路，如圖，取一段金屬電阻絲連接到電路中，測出電阻絲的電阻R、長度l和直徑d(S＝eq\f(πd2,4))，由R＝ρeq\f(l,S)得：ρ＝eq\f(RS,l)(用R、S、l表示)＝eq\f(πd2R,4l)(用R、d、l表示)，從而計算出該電阻絲所用材料的電阻率．二、物理量的測量1．電阻的測量根據(jù)伏安法測電阻的思想：用電壓表測電阻絲兩端的電壓，用電流表測電阻絲中的電流，讀出多組電壓、電流值，通過U－I圖像求R.2．電阻絲有效長度的測量用刻度尺測量電阻絲接入電路的有效長度l.反復(fù)測量多次，得到有效長度的平均值．3．電阻絲直徑的測量電阻絲比較細(xì)，所以我們采用累積的方法測量，或選取螺旋測微器或游標(biāo)卡尺來測量電阻絲的直徑d.在不同位置測量三次，取平均值d后，根據(jù)S＝eq\f(1,4)πd2計算出電阻絲的橫截面積S.三、數(shù)據(jù)分析1．?dāng)?shù)據(jù)處理(1)公式法求電阻：測量多組電流、電壓值，求出對應(yīng)的電阻后取平均值，不能對電流、電壓取平均值．(2)圖像法求電阻：作出U－I圖像，由圖像的斜率求出電阻值，在設(shè)定標(biāo)度時要盡量使各點(3)計算導(dǎo)體的電阻率：將三個測量值代入公式ρ＝eq\f(RS,l)＝eq\f(πd2R,4l)即可求電阻絲的電阻率．2．誤差分析(1)電阻絲通電時溫度升高，使所測電阻率比常溫下電阻率略大．(2)電阻絲長度及電阻絲直徑測量不準(zhǔn)確．一、實驗原理和操作例1在“測定金屬絲的電阻率”的實驗中：(1)用螺旋測微器測量金屬絲的直徑，其示數(shù)如圖所示，則該金屬絲直徑的測量值d＝____mm.(2)請根據(jù)如圖甲所示電路圖，用筆畫線代替導(dǎo)線將圖乙中的實驗器材連接起來，并使滑動變阻器的滑片P置于b端時接通電路后的電流最?。?3)若通過測量可知，金屬絲的長度為l，直徑為d，通過金屬絲的電流為I，對應(yīng)金屬絲兩端的電壓為U，由此可計算得出金屬絲的電阻率ρ＝________.(用題目所給字母和通用數(shù)學(xué)符號表示)答案(1)0.384(0.383～0.385均可)(2)見解析圖(3)eq\f(πUd2,4Il)解析(1)螺旋測微器固定刻度示數(shù)為零，可動刻度示數(shù)為38.4×0.01mm＝0.384mm，故d＝0.384mm.(2)接法如圖所示．(3)根據(jù)歐姆定律有Rx＝eq\f(U,I)，又Rx＝ρeq\f(l,S)，S＝eq\f(πd2,4)，聯(lián)立可得ρ＝eq\f(πUd2,4Il).二、實驗數(shù)據(jù)處理例2在“測定金屬絲的電阻率”實驗中，所用測量儀器均已校準(zhǔn)．待測金屬絲接入電路部分的長度約為50cm.(1)用螺旋測微器測量金屬絲的直徑，其中某一次測量結(jié)果如圖所示，其讀數(shù)應(yīng)為________mm(該值接近多次測量的平均值)．(2)用伏安法測金屬絲的電阻Rx.實驗所用器材為電池組(3V)、電流表、電壓表、滑動變阻器R(0～20Ω，額定電流2A)、開關(guān)、導(dǎo)線若干．某小組同學(xué)利用以上器材按照圖正確連接好電路，進行實驗測量，記錄數(shù)據(jù)如下：次數(shù)1234567U/V0.100.300.701.001.501.702.30I/A0.0200.0600.1600.2200.3400.4600.520(3)這個小組的同學(xué)在坐標(biāo)紙上建立U－I坐標(biāo)系，如圖所示，圖中已標(biāo)出了與測量數(shù)據(jù)對應(yīng)的4個坐標(biāo)點．請在圖中標(biāo)出第2、4、6次測量數(shù)據(jù)的坐標(biāo)點，并描繪出U－I圖線．由圖線得到金屬絲的阻值Rx＝________Ω(保留兩位有效數(shù)字)．(4)根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以估算出金屬絲電阻率約為________．(π取3.14)A．1×10－2Ω·m B．1×10－3Ω·mC．1×10－6Ω·m D．1×10－8Ω·m答案(1)0.398(0.397～0.399均正確)(3)見解析圖4.4(4.3～4.7均可)(4)C解析(1)螺旋測微器的讀數(shù)為0＋39.8×0.01mm＝0.398mm.(3)圖線應(yīng)過原點，選盡可能多的點連成一條直線，不在直線上的點均勻分布在直線兩側(cè)，偏離較遠(yuǎn)的點應(yīng)舍去，如圖所示．圖線的斜率表示金屬絲的電阻，因此金屬絲的電阻值Rx≈4.4Ω.(4)根據(jù)Rx＝ρeq\f(l,S)得金屬絲的電阻率ρ＝eq\f(RxS,l)＝eq\f(πRxd2,4l)＝eq\f(3.14×4.4×0.398×10－32,4×0.5)Ω·m≈1.09×10－6Ω·m，故選項C正確．例3某同學(xué)測量一段長度已知的電阻絲的電阻率．實驗操作如下：(1)螺旋測微器如圖所示．在測量電阻絲的直徑時，先將電阻絲輕輕地夾在測砧與測微螺桿之間，使電阻絲與測微螺桿、測砧剛好接觸，再旋動________(選填“A”“B”或“C”)，直到聽到“喀喀”的聲音，以保證壓力適當(dāng)，同時防止螺旋測微器損壞．(2)選擇電阻絲的________(選填“同一”或“不同”)位置進行多次測量，取其平均值作為電阻絲的直徑．(3)圖甲中Rx為待測電阻絲．請用筆畫線代替導(dǎo)線，將滑動變阻器接入圖乙實物電路中的正確位置．(4)為測量Rx，利用圖甲所示的電路，調(diào)節(jié)滑動變阻器測得5組電壓U1和電流I1的值，作出的U1－I1關(guān)系圖像如圖所示．接著，將電壓表改接在a、b兩端，測得5組電壓U2和電流I2的值，數(shù)據(jù)見下表：U2/V0.501.021.542.052.55I2/mA20.040.060.080.0100.0請根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，在圖中方格紙上作出U2－I2圖像．(5)由此，可求得電阻絲的阻值Rx＝________Ω.根據(jù)電阻定律可得到電阻絲的電阻率．答案(1)C(2)不同(3)如圖所示(4)如圖所示(5)23.5(23.0～24.0均可)解析(1)A起固定作用，便于讀數(shù)；B為粗調(diào)，調(diào)節(jié)B使電阻絲與測微螺桿、測砧剛好接觸；然后調(diào)節(jié)C，C起微調(diào)作用．(2)電阻絲電阻R＝ρeq\f(l,S)，測量一段電阻絲的電阻，S為這段電阻絲的橫截面積，而不是某位置處的橫截面積，故應(yīng)在