复习方略2018高考物理一轮复习 7实验七 测定金属的电阻率课件 沪科版选修3-1

实 验 七 测定金属的电阻率,【实验目的】 1.掌握螺旋测微器和游标卡尺的原理及读数方法。 2.掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法及电流表和电压表的读数方法。 3.会用伏安法测电阻,并能测定金属的电阻率。,【实验原理】 1.螺旋测微器： (1)构造：如图,S为固定刻度,H为可动刻度。 (2)原理：可动刻度H上的刻度为50等份,则螺旋测微器的精确度为0.01mm。,(3)读数。 测量时被测物体长度的半毫米数由固定刻度读出,不足半毫米部分由可动刻度读出。 测量值(mm)=固定刻度数(mm)(注意半毫米刻度线是否露出)+可动刻度数(估读一位)×0.01(mm)。 如图所示,固定刻度示数为2.0mm,而从可动刻度上读的示数为15.0,最后的读数为2.0mm+15.0×0.01 mm=2.150 mm。,2.游标卡尺： (1)构造：主尺,游标尺(主尺和游标尺上各有一个内、外测量爪),游标尺上还有一个深度尺(如图所示)。,(2)用途：测量厚度、长度、深度、内径、外径。 (3)原理：利用主尺的最小分度与游标尺的最小分度的差值制成。不管游标尺上有多少个小等分刻度,它的刻度部分的总长度比主尺上的同样多的小等分刻度少1mm。常见的游标卡尺的游标尺上小等分刻度有10格的、20格的、50格的,其读数见下表：,(4)读数：若用x表示从主尺上读出的整毫米数,K表示从游标尺上读出与主尺上某一刻线对齐的游标的格数,则记录结果表示为(x+K×精确度)mm。需要注意的是,不管是哪种卡尺,K值均不需要向后估读一位。 (5)如图所示,有一游标卡尺,主尺的最小分度是1mm,游标上有20个小的等分刻度。用它测量一工件的长度,图示的读数为104mm+0.05×0mm=104.00mm。,3.伏安法测电阻： (1)电流表的内接法和外接法的比较。,(2)两种电路的选择。 阻值比较法：先将待测电阻的估计值与电压表、电流表内阻 进行比较,若Rx较小,宜采用电流表外接法;若Rx较大,宜采用电 流表内接法。 比值法。 a.当 时，即Rx 时,用电流表内接法。,实验试探法：按如图所示接好电路,让电压表一根接线柱P先后与a、b处接触一下,如果电压表的示数有较大的变化,而电流表的示数变化不大,则可采用电流表外接法;如果电流表的示数有较大的变化,而电压表的示数变化不大,则可采用电流表内接法。,4.电阻率的测定原理： (1)把金属丝接入电路中,用伏安法测金属 丝的电阻,Rx= 电路原理如图所示。 (2)用毫米刻度尺测金属丝接入电路部分 的长度l,用螺旋测微器测得金属丝的直 径d,算出横截面积S= d2。 (3)根据电阻定律R= 得金属丝电阻率=,【实验器材】 毫米刻度尺,螺旋测微器(或游标卡尺),直流电流表和直流电压表,滑动变阻器(阻值范围050),电池组,开关,被测金属丝,导线若干。,【实验过程】 一、实验步骤 1.直径测定：用螺旋测微器(或游标卡尺)在被测金属丝上的 三个不同位置各测一次直径,求出其平均值d,计算出金属丝的 横截面积S= 2.电路连接：按如图所示的电路原理图连接好用伏安法测电 阻的实验电路。,3.长度测量：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,求出其平均值l。 4.U、I测量：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.拆除实验线路,整理好实验器材。,二、数据处理 1.在求Rx的平均值时可用两种方法： (1)用Rx= 分别算出各次的数值,再取平均值。 (2)用U -I图线的斜率求出。 2.计算电阻率：将记录的数据U、I、l、d的值代入电阻率 计算式 =,【误差分析】 1.金属丝的横截面积是利用直径计算而得的,直径的测量是产生误差的主要来源之一。 2.采用伏安法测量金属丝的电阻时,由于采用的是电流表外接法,测量值小于真实值,使电阻率的测量值偏小。 3.金属丝的长度测量、电流表和电压表的读数等均会带来偶然误差。 4.由于金属丝通电后发热升温,会使金属丝的电阻率变大,造成测量误差。,【注意事项】 1.螺旋测微器的使用： (1)测量前必须校对零点：先使测砧A与测微螺杆P并拢,观察可动刻度的零刻度线与固定刻度的轴向线是否重合以及可动刻度的边缘与固定刻度的零刻度线是否重合。不重合时,用存放在螺旋测微器盒中的工具调节,直到完全重合为止。 (2)测量时,当测微螺杆P将要接触被测物体时,要停止使用旋钮K,改用微调旋钮K,当听到“咔、咔”声后,停止转动,以避免P和被测物体间产生过大的压力。这样既可以保护仪器,又能保证测量结果准确。,(3)螺旋测微器应估读一位,即以mm作单位,应读到小数点后面第三位。,2.测定金属的电阻率： (1)为了方便,测量直径应在金属丝连入电路前进行,为了准确测量金属丝的长度,应该在连入电路之后在拉直的情况下进行,测量待测金属丝接入电路的两个端点之间的长度。 (2)本实验中被测金属丝的电阻值较小,故应采用电流表外接法。 (3)开关S闭合前,滑动变阻器的阻值要调到最大。,(4)电流不宜太大(电流表用00.6A量程),通电时间不宜太长,以免金属丝温度升高,导致电阻率在实验过程中变大。 (5)实验连线时,应先从电源的正极出发,依次将开关、电流表、待测金属丝、滑动变阻器连成干路,然后再把电压表并联在待测金属丝的两端。,【实验改进】 替代法测电阻 1.实验原理：用电阻箱替代待测电阻,按如图所示连接好电路,调节电阻箱,使两次电流表示数相等,则电阻箱的示数就等于待测电阻的阻值。,2.本方案的优缺点： (1)优点：电路结构简单,调节方便,便于读数,同时可以避免因电表的内阻产生的系统误差。 (2)缺点：由于电阻箱不能连续调节,从而导致测量值与真实值之间存在误差。,热点1 实验原理图的理解及实物图连接 【典题1】(2013·安徽高考)(1)在测定一根粗细均匀合金丝电阻率的实验中,利用螺旋测微器测定合金丝直径的过程如图所示,校零时的读数为 mm,合金丝的直径为 mm。,(2)为了精确测量合金丝的电阻Rx,设计出如图甲所示的实验电路图,按照该电路图完成图乙中的实物电路连接。,【解题探究】 (1)螺旋测微器的读数公式及重要的注意事项有哪些？ 提示：螺旋测微器的读数=固定刻度(注意半刻度线是否露出)+可动刻度×0.01，注意估读和单位。 (2)实物连线的一般方法是什么？ 提示：按照实验原理图，一般从电源正极出发，按顺序先连接完串联的主干部分再连接剩余的并联支路部分。,【解析】(1)校零时的读数为(0+0.7×0.01)mm=0.007 mm,测量时的读数为(0+0.5+14.5×0.01)mm=0.645 mm,故合金丝的直径为(0.645-0.007)mm=0.638 mm。 (2)先从电源正极出发,经过电键,再经过滑动变阻器的下边两个接线柱,回到电源负极;再由滑动变阻器的右上接线柱经过电流表的正、负接线柱,连接并联的合金丝与电压表到电源的负极,如图所示： 答案：(1)0.007 0.638 (2)见解析图,热点2 仪器的选择和电路的设计 【典题2】(2012·山东高考)在测量金属丝电阻率的实验中,可供选用的器材如下： 待测电阻丝：Rx(阻值约4,额定电流约0.5A); 电压表：V(量程3 V,内阻约3 k); 电流表：A1(量程0.6 A,内阻约0.2); A2(量程3 A,内阻约0.05); 电源：E1(电动势3V,内阻不计); E2(电动势12V,内阻不计); 滑动变阻器：R(最大阻值约20); 螺旋测微器;毫米刻度尺;开关S;导线。,(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径,示数如图所示,读数为 mm。,(2)若滑动变阻器采用限流接法,为使测量尽量精确,电流表应选 、电源应选 (均填器材代号),在虚线框内完成电路原理图。,【解题探究】 (1)选取电流表的依据是什么? 提示：待测的最大电流越接近(要小于)电流表量程最大值时,误差越小。 (2)如何选取电源? 提示：在满足最大电压的情况下,选取电动势较小的电源。,【解析】(1)螺旋测微器的固定刻度上显示为1.5mm,可动刻度 读数为0.273 mm,二者相加就是测量值,1.5mm+0.273mm= 1.773mm。 (2)待测电阻丝的额定电流约为0.5 A,为了减小实验误差,应 选量程为0.6 A的电流表A1;待测电阻丝的电阻约为4,额定 电流约为0.5 A,故由欧姆定律得额定电压 约为2 V,所以电源应选E1。由于待测电阻 丝的电阻较小,故电流表应选外接法。电路 原理图如图所示。 答案：(1)1.773(1.7711.775均正确) (2)A1 E1 电路图见解析,