測定金屬絲的電阻率導(dǎo)學(xué)案及答案

實驗一：測定金屬的電阻率一、實驗?zāi)康?．掌握電流表、電壓表和滑動變阻器的使用方法及電流表和電壓表的讀數(shù)方法．2．掌握螺旋測微器及游標卡尺的原理及讀數(shù)方法．3．會用伏安法測電阻，進一步測定金屬的電阻率．二、實驗原理1．把金屬絲接入電路中，用伏安法測導(dǎo)線的電阻Req\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(R＝\f(U,I))).電路原理如右圖所示．2．用毫米刻度尺測量金屬絲的長度l，用螺旋測微器測量金屬絲的直徑.3．利用電阻定律R＝ρeq\f(l,S)，得出金屬絲電阻率的公式ρ＝eq\f(πd2,4l)R.三、實驗器材毫米刻度尺、螺旋測微器、直流電流表和直流電壓表、滑動變阻器、直流電源、電鍵、被測金屬絲、導(dǎo)線若干．四、實驗步驟1．求導(dǎo)線橫截面積S，在準備好的金屬絲上三個不同位置用螺旋測微器各測一次直徑，求出其平均值d，2．將金屬絲兩端固定在接線柱上懸空掛直，用毫米刻度尺測量接入電路的金屬絲長度(即有效長度)，反復(fù)測量三次，求出平均值l.3．按照原理圖(如右圖所示)連好用伏安法測電阻的實驗電路．4．把滑動變阻器調(diào)到接入電路中的電阻值最大的位置，檢查無誤后，閉合開關(guān)S，改變滑動變阻器滑動片的位置，讀出幾組相應(yīng)的電流值和電壓值記錄在表格中，斷開S，求出導(dǎo)線電阻Rx的平均值．5．拆除實驗電路，整理好實驗儀器．五、數(shù)據(jù)處理1．在求Rx的平均值時可用兩種方法(1)用Rx＝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2．計算電阻率：將測得的R、l、d值，代入電阻率計算公式ρ＝eq\f(RS,l)＝eq\f(πd2R,4l)，計算出金屬絲的電阻率。六、誤差分析1.金屬絲直徑、長度的測量帶來誤差。2.電流表和電壓表的讀數(shù)等會帶來偶然誤差.3.采用伏安法測量金屬絲的電阻時，由于采用的是電流表外接法，測量值小于真實值，使電阻率的測量值偏小.4.由于金屬絲通電后發(fā)熱升溫，會使金屬絲的電阻率變大，造成測量誤差.七、注意事項1.本實驗中被測金屬導(dǎo)線的電阻值較小，因此實驗電路一般采用電流表外接法.2.實驗連線時，應(yīng)先從電源的正極出發(fā)，依次將電源、開關(guān)、電流表、待測金屬導(dǎo)線、滑動變阻器連成主干線路(閉合電路)，然后再把電壓表并聯(lián)在待測金屬導(dǎo)線的兩端.3.測量被測金屬導(dǎo)線的有效長度，是指測量待測導(dǎo)線接入電路的兩個端點之間的長度，亦即電壓表兩端點間的待測導(dǎo)線長度，應(yīng)該在連入電路之后在拉直的情況下進行,反復(fù)測量三次，求其平均值.4.閉合開關(guān)S之前，一定要使滑動變阻器的滑片處在有效電阻值最大的位置.5.在用伏安法測電阻時，通過待測導(dǎo)線的電流強度I不宜過大(電流表用0～0.6A量程)，通電時間不宜過長，以免金屬導(dǎo)線的溫度明顯升高，造成其電阻率在實驗過程中逐漸增大.八、螺旋測微器的構(gòu)造原理及讀數(shù)1．螺旋測微器的構(gòu)造如上面右圖所示是常用的螺旋測微器．它的小砧A和固定刻度S固定在框架F上．旋鈕K、微調(diào)旋鈕K′和可動刻度H、測微螺桿P連在一起，通過精密螺紋套在S上．2．螺旋測微器的原理測微螺桿P與固定刻度S之間的精密螺紋的螺距為0.5mm，即旋鈕K每旋轉(zhuǎn)一周，P前進或后退0.5mm，而可動刻度H上的刻度為50等份，每轉(zhuǎn)動一小格，P前進或后退0.01mm.即螺旋測微器的精確度為0.01mm.讀數(shù)時估讀到毫米的千分位上，因此，螺旋測微器又叫千分尺．3．使用及讀數(shù)⑴使用:把待測物放入A、P之間的夾縫中，旋動旋鈕K，當P將要接觸待測物時，再輕輕轉(zhuǎn)動微調(diào)旋鈕K′，當聽到棘輪的響聲時（表明夾住待測物的力度適中），轉(zhuǎn)動鎖緊手柄T使P止動；⑵讀數(shù)：測量時被測物體長度的整數(shù)毫米數(shù)由固定刻度讀出，小數(shù)部分由可動刻度讀出．測量值(毫米)＝固定刻度數(shù)(毫米)(注意半毫米刻線是否露出)＋可動刻度數(shù)(估讀一位)×0.01(毫米)如右圖所示，，固定刻度示數(shù)為2.0mm，不足半毫米而從可動刻度上讀的示數(shù)為15.0，最后的讀數(shù)為：2.0mm＋15.6×0.01mm＝2.156mm.（3）注意事項①測量前須校對零點：先使小砧A與測微螺桿P并攏，觀察可動刻度零刻度線與固定刻度的軸向線是否重合，以及可動刻度的邊緣與固定刻度的零刻度線是否重合，不重合時，用存放螺旋測微器盒中的工具調(diào)節(jié)，直到完全重合為止．②測量時，當測微螺桿P將要接觸被測物體時，要停止使用旋鈕K，改用微調(diào)旋鈕K′，以避免P和被測物體間產(chǎn)生過大的壓力．這樣，既可以保護儀器，又能保證測量結(jié)果準確．當聽到“咔、咔……”聲后，止動，即可讀數(shù)．③讀數(shù)時，要注意固定刻度上表示半毫米的刻度線是否已經(jīng)露出．讀數(shù)時要準確到0.01mm，估讀到0.001mm，即測量結(jié)果若用mm為單位，則小數(shù)點后面必須保留三位，可動刻度線與固定刻度上橫線對齊時，最后一位用零補齊．九、游標卡尺(如下圖)1．構(gòu)造：主尺、游標尺(主尺和游標尺上各有一個內(nèi)外測量爪)、游標尺上還有一個深度尺，尺身上還有一個緊固螺釘．2．用途：測量厚度、長度、深度、內(nèi)徑、外徑．3．原理：利用主尺的最小分度與游標尺的最小分度的差值制成．不管游標尺上有多少個小等分刻度，它的刻度部分的總長度比主尺上的同樣多的小等分刻度少1mm.常見的游標卡尺的游標尺上小等分刻度有10個的、20個的、50個的，見下表：刻度格數(shù)(分度)刻度總長度每小格與1mm的差值精確度(可準確到)109mm0.1mm0.1mm2019mm0.05mm0.05mm5049mm0.02mm0.02mm4.讀數(shù)：若用x表示由主尺上讀出的整毫米數(shù)，K表示從游標尺上讀出與主尺上某一刻線對齊的游標的格數(shù)，則記錄結(jié)果表達為(x＋K×精確度)mm.說明：由于游標卡尺在讀數(shù)時要分辨游標上的哪一條刻線與主尺上的刻線對的最齊，這里已包含了估讀的因素，所以游標卡尺一般不再往下估讀．十、常用電表的讀數(shù)對于電壓表和電流表的讀數(shù)問題，首先要弄清電表量程，即指針指到最大刻度時電表允許通過的最大電壓或電流值，然后根據(jù)表盤總的刻度數(shù)確定精確度，按照指針的實際位置進行讀數(shù)即可．(1)0～3V的電壓表和0～3A的電流表讀數(shù)方法相同，此量程下的精確度是0.1V或0.1A，看清楚指針的實際位置，讀到小數(shù)點后面兩位．(2)對于0～15V量程的電壓表，精確度是0.5V，在讀數(shù)時只要求讀到小數(shù)點后面一位，這時要求“五分之一格估讀”，即讀到0.1V.(3)對于0～0.6A量程的電流表，精確度是0.02A，在讀數(shù)時只要求讀到小數(shù)點后面兩位，這時要求“半格估讀”，即讀到最小刻度的一半0.01A.1．下圖給出的是用游標卡尺測量一小鋼球的直徑的示數(shù)，此讀數(shù)應(yīng)是mm．442．用游標為50分度的卡尺（測量值可準確到0.02mm）測定某圓筒的內(nèi)徑時，卡尺上的示數(shù)如圖．可讀出圓筒的內(nèi)徑為______mm．圖43．圖4中給出的是用螺旋測微器測量一小鋼球的直徑時的示數(shù),此讀數(shù)應(yīng)是_____毫米。圖44.(1)有一游標卡尺，主尺的最小分度是1mm，游標上有20個小的等分刻度。用它測量一小球的直徑，如圖甲所示的讀數(shù)是________mm。(2)如圖乙，用螺旋測微器測量一根金屬絲的直徑，如圖所示的讀數(shù)是____mm。5.在“測定金屬的電阻率”的實驗中，用螺旋測微器測量金屬絲直徑時的刻度位置如圖所示，用米尺測出金屬絲的長度L，金屬絲的電阻大約為5Ω，先用伏安法測出金屬絲的電阻R，然后根據(jù)電阻定律計算出該金屬材料的電阻率(1)從圖中讀出金屬絲的直徑為______mm.(2)為此取來兩節(jié)新的干電池、電鍵和若干導(dǎo)線及下列器材：A.電壓表0～3V，內(nèi)阻10kΩB.電壓表0～15V，內(nèi)阻50kΩC.電流表0～0.6A，內(nèi)阻0.05ΩD.電流表0～3A，內(nèi)阻0.01ΩE.滑動變阻器，0～10ΩF.滑動變阻器，0～100Ω①要求較準確地測出其阻值，電壓表應(yīng)選____，電流表應(yīng)選_____，滑動變阻器應(yīng)選______.(填序號)②實驗中某同學(xué)的實物接線如圖所示，請指出該同學(xué)實物接線中的兩處明顯錯誤.錯誤1_______________________________________錯誤2_______________________________________6.①圖7使用0.6A量程時，對應(yīng)刻度盤上每一小格代表________A，圖中表針示數(shù)是________A；當使用3A量程時，對應(yīng)刻度盤上每一小格代表________A，圖中表針示數(shù)為________A.②圖8使用較小量程時，每小格表示________V，圖中表針的示數(shù)為________V．若使用的是較大量程，則這時表盤刻度每小格表示________V，圖中表針示數(shù)為________V.圖7圖87.旋鈕式電阻箱如圖9所示，電流從接線柱A流入，從B流出，則接入電路的電阻為________Ω.今欲將接入電路的電阻改為2087Ω，最簡單的操作方法是________．若用兩個這樣的電阻箱，則可得到的電阻值范圍為________．圖9M8、（湖南06百校聯(lián)考）有一根細長而均勻的金屬材料樣品M截面為外方內(nèi)圓，如圖所示．此樣品重約1~2N，長約為30cm。電阻約為10Ω，其電阻率為ρ，密度為D，因管線內(nèi)徑d太小，無法直接測量，請設(shè)計一個實驗方案測量d．M供選用的器材有：A．毫米刻度尺B．螺旋測微器C．電流表（600mA，1.0Ω）MD．電流表（3A，0.1Ω）ME．電壓表（3V，6KΩ）F．滑動變阻器（2KΩ，0.5A）G．滑動變阻器（10Ω，2A）H．蓄電池（6V，0.05Ω）（1）除待測金屬材料、開關(guān)、帶夾子的導(dǎo)線若干外，還應(yīng)選用實驗器材有__________（只填代號字母）（2）在（左圖）虛結(jié)框中，畫出設(shè)計方案的電路圖；（3）在（右圖）中，把所選器材連接實際測量電路；（4）用已知的物理常數(shù)和測得的物理量，推導(dǎo)出計算金屬管線內(nèi)徑d的表達式．9、（綿陽06二診）(1)某學(xué)校學(xué)生在開展“測金屬電阻率’：研究性學(xué)習(xí)括動中，對有關(guān)金屬(燈泡中的鎢絲)、半導(dǎo)體(二極管)、合金(標準電阻)，及超導(dǎo)材料的電阻率查閱了大量資料，提出了下列一些說法，你認為正確的有·A．金屬溫度計是利用金屬材料的電阻率隨溫度升高而不發(fā)生顯著變化制成的B．標準電阻是利用合金材料的電阻率幾乎不隨溫度變化而變化制成的C．半導(dǎo)體材料的電阻率隨溫度升高而增大·D．當溫度為絕對零度時，某種材料電阻率突然為零，這種現(xiàn)象叫超導(dǎo)現(xiàn)象(2)①在“測金屬電阻率”實驗中，螺旋測微器測金屬絲的直徑的讀數(shù)如圖，則直徑d=______mm。②測得接入電路的金屬絲的長度為L，已知其電阻大約為25Ω．在用伏安法準確測其電阻時，有下列器材供選擇，A1電流表(量程40mA，內(nèi)阻約0.5Ω)A2電流表(量程10mA，內(nèi)阻約0．6Ω)V1電壓表(量程6V，內(nèi)阻約30kΩ)V2電壓表(量程1.2V，內(nèi)阻約的20kΩ)R1滑動變阻器(范圍0-10Ω)R2滑動變阻器(范圍0-2kΩ)除必選電源（電動勢1.5V，內(nèi)阻很小)、導(dǎo)線、開關(guān)外，電流表應(yīng)選，電壓表應(yīng)選，滑動變阻器應(yīng)選。(填代號)并將設(shè)計好的測量電路原理圖畫在虛框內(nèi)。③若電壓表、電流表讀數(shù)用U、I表示，用上述測得的物理量計算金屬絲的電阻率的表示式為ρ=。5.【答案】(1)0.680(或0.679)(2)①ACE②錯誤1：導(dǎo)線連接在滑動變阻器的滑片上錯誤2：采用了電流表內(nèi)接法【詳解】(1)從螺旋測微器的固定刻度上可以看出，半毫米刻度線已經(jīng)露出來，因此主尺上應(yīng)讀0.5mm，可動刻度上接近第18個刻度線，可以估讀0.180mm(或0.179mm)，所以該金屬絲直徑應(yīng)為0.5mm＋0.180mm(或0.179mm)＝0.680mm(或0.679mm).(2)①由電路圖知電源是兩節(jié)干電池，電動勢是3V，用3V量程的電壓表A；因為電阻絲的電阻大約為5Ω，如果把3V的電動勢全加在電阻絲上，電流才是0.6A，因此用量程是0.6A的電流表C；此題中金屬絲的電阻大約為5Ω，為了減小實驗誤差，應(yīng)選10Ω的滑動變阻器E.6.答案①0.020.440.12.20②0.11.700.58.5①使用0.6A量程時，刻度盤上的每一小格為0.02A，表針示數(shù)為0.44A；當使用②電壓表使用3V量程時，每小格表示0.1V，表針示數(shù)為1.70V；使用15V量程時，每小格為0.5V，表針示數(shù)為8.5V.7.電阻為198