高中物理 第二章 恒定电流 2_2 实验：测量金属的电阻率（练习使用螺旋测微器）课件 新人教版选修3-1

实验:测量金属的电阻率(练习使用螺旋测微器),一、实验目的 学会用伏安法测量电阻的阻值,测定金属的电阻率。 二、实验原理 1.螺旋测微器的读数原理 (1)构造及原理:如图所示,它的测砧A和固定刻度B固定在尺架C上,可动刻度E、旋钮D、微调旋钮D'是与测微螺杆F连在一起的,并通过精密螺纹套在B上,精密螺纹的螺距是0.5 mm,即旋钮D每转一周,测微螺杆F前进或后退0.5 mm,可动刻度分成50等份,每一等份表示0.01 mm。,(2)使用方法:当A与F并拢时,可动刻度E的零点恰好跟固定刻度B的零点重合,逆时针旋转旋钮D,将测微螺杆F旋出,把被测物体放入A、F之间的夹缝中,再顺时针旋转旋钮D,F快要接触被测物时,要停止使用旋钮D,改用微调旋钮D',直到听到“咔、咔”声。 (3)读数方法: L=固定刻度示数+可动刻度示数(估读一位)×分度值。 注意:以毫米为单位时,小数点后面要有三位有效数字,特别是最后一位估读数字为零时,不能省略。 在读数时注意半毫米刻度线是否已露出。,三、实验器材 螺旋测微器、毫米刻度尺、电压表、电流表、定值电阻、开关及导线、被测金属导线、电池、滑动变阻器。 四、实验步骤 1.测直径:用螺旋测微器在被测金属丝上三个不同位置各测一次直径,并记录。 2.量长度:用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属丝的有效长度,反复测量3次,并记录。 3.连电路:按原理图所示的电路图连接实验电路。 4.求电阻:把滑动变阻器的滑片调节到使接入电路中的电阻值最大的位置,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,记入表格内,断开开关S。 5.拆除实验电路,整理好实验器材。,五、数据处理,导线的横截面积S= (公式)= (代入数据) = m2。,所测金属的电阻率= (公式)= (代入数据) = ·m。,【注意事项】 (1)因一般金属丝电阻较小,为了减少实验的系统误差,必须选择电流表外接法。 (2)本实验若用限流式接法,在接通电源之前应将滑动变阻器调到阻值最大状态。 (3)测量l时应测接入电路中的金属丝的有效长度(即两接线柱之间的长度);在金属丝的3个不同位置上用螺旋测微器测量直径d。 (4)电流不宜过大(电流表用00.6 A量程),通电时间不宜太长,以免电阻率因温度升高而变化。 【实验误差来源及分析】 (1)直径测量。 (2)长度测量。 (3)电路中电流表及电压表内阻对电阻测量的影响。 (4)通电电流大小,时间长短,致使电阻丝发热,电阻率随之变化。,一、实验原理与操作 【例题1】在“探究电阻与长度、横截面积的关系”的实验中,用刻度尺测量金属丝直径时的刻度位置如图所示,金属丝的匝数为30,用刻度尺测出金属丝的长度L,金属丝的电阻大约为5 ,先用伏安法测出金属丝的电阻R,然后用控制变量法探究电阻与导体长度、横截面积的关系。,(1)从图中读出金属丝的直径为 mm。 (2)为此取来两节新的干电池、开关和若干导线及下列器材: A.电压表03 V,内阻约10 k B.电压表015 V,内阻约50 k C.电流表00.6 A,内阻约0.05 D.电流表03 A,内阻约0.01 E.滑动变阻器,010 F.滑动变阻器,0100 要求较准确地测出其阻值,电压表应选 ,电流表应选 ,滑动变阻器应选 。(填序号),解析:(1)从图中可读出紧密绕制的金属丝的宽度为2.53 cm,故直径为 0.084 3 cm=0.843 mm(0.8410.848均可)。 (2)因为两节干电池的电动势是3 V,用3 V量程的电压表A;因为金属丝的电阻大约为5 ,如果把3 V的电动势全加在金属丝上,电流才是0.6 A,因此用量程是0.6 A的电流表C;此题中金属丝的电阻大约为5 ,为了减小实验误差,应选10 的滑动变阻器E。 答案:(1)0.843(0.8410.848) (2)A C E,二、仪器的读数及数据处理 【例题2】在“测定金属的电阻率”实验中,所用测量仪器均已校准。待测金属丝接入电路部分的长度约为50 cm。 图1 (1)用螺旋测微器测量金属丝的直径,其中某一次测量结果如图1所示,其读数应为 mm(该值接近多次测量的平均值)。,(2)用伏安法测金属丝的电阻Rx。实验所用器材为电池组(电动势3 V,内阻约1 )、电流表(内阻约0.1 )、电压表(内阻约3 k)、滑动变阻器R(020 ,额定电流2 A)、开关、导线若干。 某小组同学利用以上器材正确连接好电路,进行实验测量,记录数据如下:,由以上实验数据可知,他们测量Rx是采用图2中的 (选填“甲”或“乙”)图。,图2,(3)图3是测量Rx的实验器材实物图,图中已连接了部分导线,滑动变阻器的滑片P置于变阻器的一端。请根据(2)所选的电路图,补充完成图中实物间的连线,并使闭合开关的瞬间,电压表或电流表不至于被烧坏。,(4)这个小组的同学在坐标纸上建立U、I坐标系,如图4所示,图中已标出了与测量数据对应的4个坐标点。请在图中标出第2、4、6次测量数据的坐标点,并描绘出U-I图线。由图线得到金属丝的阻值Rx= (保留两位有效数字)。,(5)根据以上数据可以估算出金属丝电阻率约为 (填选项前的符号)。 A.1×10-2 ·m B.1×10-3 ·m C.1×10-6 ·m D.1×10-8 ·m,解析:(1)螺旋测微器的读数为0 mm+39.8×0.01 mm=0.398 mm。 (2)由实验记录的数据可知Rx的阻值大约为5 。由题知RxR V,故电流表应外接。若滑动变阻器接为限流式接法,则Rx两端的电压最小值 ,而从实验数据可知Rx两端电压为0.10 V,因此滑动变阻器应采用分压式接法。 (3)如图甲所示。 (4)选尽可能多的点连成一条直线,不在直线上的点均匀分布在直线两侧,如图乙所示。,图线的斜率反映了金属丝的电阻,因此金属丝的电阻值Rx4.4 。,答案:(1)0.398(0.3950.399均正确) (2)甲 (3)见解析图甲 (4)见解析图乙 4.4(4.34.7均正确) (5)C,1,2,1.(实验注意事项)(多选)在“测定金属的电阻率”的实验中,以下操作中正确的是( ) A.用刻度尺测量金属丝的全长,且测量三次,算出其平均值,然后再将金属丝接入电路中 B.用螺旋测微器在金属丝三个不同部位各测量一次直径,算出其平均值 C.用伏安法测电阻时,采用电流表内接法,多次测量后算出平均值 D.实验中应保持金属丝的温度不变 解析:实验中应测量出金属丝接入电路中的有效长度,而不是全长;金属丝的电阻很小,与电压表内阻相差很大,使金属丝与电压表并联,电压表对它分流作用很小,应采用电流表外接法,A、C错误。故选B、D。 答案:BD,1,2,2. (实验原理与数据处理)利用螺旋测微器、刻度尺和如图甲所示的器材(其中电流表的内阻为1 ,电压表的内阻为5 k)测量一根粗细均匀的阻值约为5 的金属丝的电阻率。 (1)用笔画线代替导线,将图甲中的器材连接成实物电路,要求连线不能交叉,电流表、电压表应该选择合适的量程(已知电源的电动势为6 V,滑动变阻器的阻值为020 )。,1,2,1,2,(2)实验时,用螺旋测微器测量金属丝的直径和用刻度尺测量金属丝的长度示数如图乙所示,电流表、电压表的读数如图丙所示。则金属丝两端的电压U= ,电流I= ,金属丝的长度L= ,直径d= 。 (3)该金属丝的电阻率是 。(保留两位有效数字),1,2,解析:(1)由于金属丝的电阻比电压表的内阻小得多,因此采用电流表外接法;由于金属丝的电阻比滑动变阻器的总电阻要小,因此采用限流式接法,为了保证滑动变阻器起限流作用,滑动变阻器应该连接“B、C”或“A、D”几个接线柱;由题图可以看出电流表应该连接“-”接线柱和“0.6”接线柱,具体连线如图所示。,1,2,(2)由所连电路图可以看出:电压表的量程是3 V,所以读数是2.20 V;电流表的量程是0.6 A,所以读数是0.44 A;由于螺旋测微器的半毫米刻度线已经露出,因此读数是1.850×10-3 m;刻度尺的读数是40.50 cm-10.00 cm=30.50 cm。 (3)由电阻定律得,答案:(1)见解析图 (2)2.20 V 0.44 A 30.50 cm 1.850×10-3 m (3)4.4×10-5 ·m,