第十章實驗十導體電阻率的測量-1

實驗十導體電阻率的測量目標要求1.熟悉“金屬絲電阻率的測量”的基本原理及注意事項.2.掌握測電阻率的電路圖及誤差分析．實驗技能儲備1.實驗原理(如圖所示)由R＝ρeq\f(l,S)得ρ＝eq\f(RS,l)＝eq\f(πd2R,4l)，因此，只要測出金屬絲的________、________和金屬絲的電阻R，即可求出金屬絲的電阻率ρ.2．實驗器材被測金屬絲，直流電源(4V)，電流表(0～0.6A)，電壓表(0～3V)，滑動變阻器(0～50Ω)，開關(guān)，導線若干，__________________，毫米刻度尺．3．實驗過程(1)用螺旋測微器在被測金屬絲上的三個不同位置各測一次直徑，求出其平均值d.(2)連接好用伏安法測電阻的實驗電路．(3)用毫米刻度尺測量接入電路中的被測金屬絲的有效長度，反復測量多次，求出其平均值l.(4)把滑動變阻器的滑片調(diào)到最________(填“左”或“右”)端．(5)閉合開關(guān)，改變滑動變阻器滑片的位置，讀出幾組相應的電流表、電壓表的示數(shù)I和U的值，填入記錄表格內(nèi)．(6)將測得的R、l、d值，代入公式ρ＝eq\f(πd2R,4l)中，計算出金屬絲的電阻率．4．求R的平均值時可用兩種方法(1)用R＝eq\f(U,I)分別算出各次的數(shù)值，再取平均值．(2)用U－I圖線的斜率求出．5．注意事項(1)本實驗中被測金屬絲的電阻值較小，因此實驗電路一般采用電流表________法．(2)測量被測金屬絲的有效長度，是指測量被測金屬絲接入電路的兩個端點之間的長度，亦即電壓表兩端點間的被測金屬絲長度，測量時應將金屬絲拉直，反復測量多次，求其平均值．(3)測金屬絲直徑一定要選三個不同部位進行測量，求其平均值．(4)在用伏安法測電阻時，通過被測金屬絲的電流不宜過大(電流表用0～0.6A量程)，通電時間不宜過長，以免金屬絲的溫度明顯升高，造成其電阻率在實驗過程中逐漸增大．(5)若采用圖像法求電阻阻值的平均值，在描點時，要盡量使各點間的距離拉大一些，連線要盡可能地通過較多的點，不在直線上的點均勻分布在直線的兩側(cè)，個別明顯偏離較遠的點應舍去．6．誤差分析(1)金屬絲直徑、長度的測量、讀數(shù)等人為因素帶來誤差．(2)測量電路中電流表及電壓表對電阻測量的影響，因為電流表外接，所以R測<R真，由R＝ρeq\f(l,S)，知ρ測<ρ真．(3)通電電流過大、時間過長，致使金屬絲發(fā)熱，電阻率隨之變化帶來誤差．考點一教材原型實驗例1在“金屬絲電阻率的測量”實驗中，所用測量儀器均已校準，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)果如圖甲所示，其讀數(shù)應為________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(電動勢為3V，內(nèi)阻約為1Ω)、電流表(內(nèi)阻約為0.1Ω)、電壓表(內(nèi)阻約為3kΩ)、滑動變阻器R(0～20Ω，額定電流為2A)、開關(guān)、導線若干．某小組同學利用以上器材正確連接好電路，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由以上實驗數(shù)據(jù)可知，他們測量Rx是采用圖中的________(選填“乙”或“丙”)圖．(3)圖丁是測量Rx的實物圖，圖丁中已連接了部分導線．請根據(jù)(2)中所選的電路圖，補充完整圖中實物間的連線．(4)這個小組的同學在坐標紙上建立U－I坐標系，如圖戊所示，圖中已標出了與測量數(shù)據(jù)對應的4個坐標點．請在圖中標出第2、4、6次測量數(shù)據(jù)的坐標點，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)(5)根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以算出金屬絲電阻率約為________(填選項前的字母)．A．1×10－2Ω·m B．1×10－3Ω·mC．1×10－6Ω·m D．1×10－8Ω·m(6)任何實驗測量都存在誤差，本實驗所用測量儀器均已校準．下列關(guān)于誤差的說法中正確的是________(填選項前的字母)．A．用螺旋測微器測量金屬絲直徑時，由于讀數(shù)引起的誤差屬于系統(tǒng)誤差B．由于電流表和電壓表內(nèi)阻引起的誤差屬于偶然誤差C．若將電流表和電壓表的內(nèi)阻計算在內(nèi)，可以消除由測量儀表引起的系統(tǒng)誤差D．用U－I圖像處理數(shù)據(jù)求金屬絲電阻可以減小偶然誤差例2(2023·江蘇蘇州市模擬)某實驗小組為了測量金屬絲的電阻率，用螺旋測微器測量金屬絲的直徑，用米尺測量金屬絲的長度，用伏安法測出金屬絲的電阻Rx，然后根據(jù)電阻定律計算出該金屬材料的電阻率．(1)測量時螺旋測微器如圖甲所示，金屬絲的直徑為________mm.(2)現(xiàn)有電動勢為3V的電源、開關(guān)和若干導線及下列器材：A．電壓表V(量程3V，內(nèi)阻約10kΩ)B．電流表A(量程0.6A，內(nèi)阻約2Ω)C．滑動變阻器R1(最大阻值為10Ω)D．滑動變阻器R2(最大阻值為100Ω)①用多用電表粗測金屬絲的電阻大約為5Ω，要求較準確地測出其阻值，滑動變阻器應選________(填“R1”或“R2”)②實驗中該小組實物接線如圖乙所示，閉合開關(guān)前檢查電路，請指出其明顯錯誤或不合理的地方：________________________________________________________________________.(3)不論使用電流表內(nèi)接法還是電流表外接法，都會產(chǎn)生系統(tǒng)誤差，某小組按如圖丙所示的電路進行測量，可以消除由于電表內(nèi)阻造成的系統(tǒng)誤差．利用該電路進行實驗的主要操作過程是：第一步：先將R2的滑片調(diào)到最左端，單刀雙擲開關(guān)S2向1閉合，閉合開關(guān)S1，調(diào)節(jié)滑動變阻器R1和R2，使電壓表和電流表的示數(shù)盡量大些(不超過量程)，讀出此時電壓表和電流表的示數(shù)U1、I1.第二步：保持兩滑動變阻器的滑片位置不變，將單刀雙擲開關(guān)S2向2閉合，讀出此時電壓表和電流表的示數(shù)U2、I2.由以上數(shù)據(jù)可計算出被測電阻Rx＝________.考點二探索創(chuàng)新實驗例3(2022·浙江1月選考·18)小明同學根據(jù)圖(a)的電路連接器材來“探究導體電阻與其影響因素的定量關(guān)系”．實驗時多次改變合金絲甲接入電路的長度l、調(diào)節(jié)滑動變阻器的阻值，使電流表的讀數(shù)I達到某一相同值時記錄電壓表的示數(shù)U，從而得到多個eq\f(U,I)的值，作出eq\f(U,I)－l圖像，如圖(b)中圖線a所示．(1)在實驗中使用的是__________(選填“0～20Ω”或“0～200Ω”)的滑動變阻器．(2)在某次測量時，電壓表的指針位置如圖(c)所示，量程為3V，則讀數(shù)U＝________V.(3)已知合金絲甲的橫截面積為7.0×10－8m2，則合金絲甲的電阻率為________Ω·m(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)．(4)圖(b)中圖線b是另一根長度相同、材料相同的合金絲乙與合金絲甲并聯(lián)后采用同樣的方法獲得的eq\f(U,I)－l圖像，由圖可知合金絲甲的橫截面積________(選填“大于”、“等于”或“小于”)合金絲乙的橫截面積．例4(2023·江蘇蘇州市模擬)某些固體材料受到外力后除了產(chǎn)生形變．其電阻率也要發(fā)生變化．這種由于外力的作用而使材料電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為壓阻效應．現(xiàn)用如圖所示的電路研究某長薄板電阻Rx的壓阻效應．已知Rx的阻值變化范圍為幾歐到幾十歐．實驗室中有下列器材：A．電源E(3V，內(nèi)阻約為1Ω)B．電流表A1(0.6A，內(nèi)阻r＝5Ω)C．電流表A2(0.6A，內(nèi)阻約為1Ω)D．開關(guān)S，定值電