2017-2018学年高中物理第二章直流电路第5讲学生实验：测定金属的电阻率学案教科版选修3-1

1、1第第 5 5 讲讲 学生实验：测定金属的电阻率学生实验：测定金属的电阻率目标定位 1.进一步掌握电流表、电压表、滑动变阻器和游标卡尺的使用方法.2.掌握螺旋测微器和游标卡尺的原理及读数方法.3.学会利用伏安法测电阻，进一步测出金属丝的电阻率一、实验原理1把金属丝接入电路中，用伏安法测金属丝的电阻R(R )由于金属丝的电阻较小，选U I择电流表外接法；由于不要求电压必须从 0 开始调节，所以一般可以选择滑动变阻器限流式接法请在方框内画出实验电路原理图2用毫米刻度尺测出金属丝的长度l，用螺旋测微器测出金属丝的直径d，算出横截面积S(S)d2 43由电阻定律R，得，求出电阻率l SRS ld2R 4ld2U 4lI二、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、被测金属丝、电池、滑动变阻器三、实验过程1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，并记录图 1(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2(3)连电路：按如图 1 所示的电路图连接实验电路(4)求电阻：把滑动变阻器的滑动触头调节

2、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.改变滑动变阻器滑动触头的位置，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2数据处理电阻R的数值可用以下两种方法确定：(1)计算法：利用每次测量的U、I值分别由公式R 计算出电阻，再求出电阻的平均值作U I为测量结果(2)图像法：可建立IU坐标系，将测量的U、I值描点作出图像，利用图像的斜率求出电阻R.3实验注意事项(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四、螺旋测微器和游标卡尺的原理及读数方法1螺旋测微器的原理及读数方法(1)构造：如图 2 所示，B为固定刻度，E为可动刻度图 2(2)原理：测微螺杆F与固定刻度B之间的精密螺纹的螺距为 0

3、.5 mm，即旋钮D每旋转一周，F前进或后退 0.5 mm，而可动刻度E上的刻度为 50 等份，每转动一小格，F前进或后退0.01 mm，即螺旋测微器的精确度为 0.01 mm.读数时估读到毫米的千分位上，因此，螺旋测微器又叫千分尺(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3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)2游标卡尺的原理及读数方法(1)构造：主尺、游标尺(主尺和游标尺上各有一个内、外测量爪)、游标卡尺上还有一个深度尺(如图 3 所示)图 3(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 1 mm.常见的游标尺上小等分刻度有 10 个、20 个、50 个的，其规格见下表：刻度格数(分度)刻度总长度1 mm 与每小格的差值精确度(可精确到)109 mm0.1 mm0.1 mm2019 mm0.05 mm0.05 mm5049 mm0.02 mm0

4、.02 mm(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度线对齐的游标的格数，则记录结果表示为(xK精确度)mm.例 1 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.4图 4(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 4 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(3 V)、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：次数1234567U/V0.100.300.701.001.501.702.30I/A0.0200.0600.1600.2200.3400.4600.520由以上实验数据可知，他们测量Rx是采用图 5 中的_图(选填“甲”或“乙”)图 5(3)图 6 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

5、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图 65(4)这个小组的同学在坐标纸上建立U、I坐标系，如图 7 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UI图线由图线得到金属丝的阻值Rx_ (保留两位有效数字)图 7(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)A1102 m B1103 mC1106 m D1108 m解析 (1)螺旋测微器的读数为 0 mm39.80.01 mm0.398 mm.(2)由实验记录的数据可知Rx的阻值大约为 5 .由题知RxRV，故电流表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UminU0.6 V，而从实验数据5 2050.1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，因此选甲图(3)如图甲所示甲(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，如图乙所示乙6图线的斜率反映了金属丝的电阻，因此金属丝的电阻值Rx4.5 .(5)根据R得金属丝的电阻率 l SRS lRd2 4l3.14 4.5 （0.398 1

6、03）2 4 0.5m1.1106 m，故选项 C 正确答案 (1)0.398(0.3950.399 均正确) (2)甲(3)见解析图甲 (4)见解析图乙 4.5(4.34.7 均正确) (5)C(1)实物连接时，注意导线不能相交叉，并且要注意闭合开关时，分压电路的输出端电压要为零(2)对螺旋测微器进行读数时要注意：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例 2 利用如图 8 所示的电路测量某种电阻丝材料的电阻率，所用电阻丝的电阻约为 20 .带有刻度尺的木板上有a和b两个接线柱，把电阻丝拉直后固定在接线柱a和b上在电阻丝上夹上一个带有接线柱c的小金属夹，沿电阻丝移动金属夹，可改变其与电阻丝接触点P的位置，从而改变接入电路中电阻丝的长度可供选择的器材还有：电池组E(3.0 V，内阻不计)；电流表 A1(量程 0100 mA，内阻约 5 )；电流表 A2(量程 00.6 A，内阻约 0.2 )；电阻箱R(0999.9 )；开关、导线若干图 8实验操作步骤如下：A用螺旋测微器在电阻丝上三个不同的位置分别测量电阻丝的

7、直径；B将选用的实验器材，按照图 8 连接实验电路；C调节电阻箱使其接入电路中的电阻值较大；7D将金属夹夹在电阻丝上某位置，闭合开关，调整电阻箱的阻值，使电流表满偏，然后断开开关记录电阻箱的电阻值R和接入电路的电阻丝长度l；E改变金属夹与电阻丝接触点的位置，闭合开关，调整电阻箱的阻值，使电流表再次满偏重复多次，记录每一次电阻箱的电阻值R和接入电路的电阻丝长度l；F断开开关，整理好器材(1)某次测量电阻丝直径d时，螺旋测微器示数如图 9 所示，则d_ mm；图 9 图 10(2)实验中电流表应选择_(填“A1”或“A2”)；(3)用记录的多组电阻箱的阻值R和对应的接入电路中电阻丝长度l的数据，绘出了如图 10所示的Rl关系图线，图线在R轴的截距为R0，在l轴的截距为l0，再结合测出的电阻丝直径d，写出电阻丝的电阻率表达式_(用给定的物理量符号和已知常数表示)(4)本实验中，电流表的内阻对电阻率的测量结果_影响(填“有”或“无”)解析 (1)螺旋测微器的读数为：d0.5 mm23.00.01 mm0.730 mm；(2)根据欧姆定律可知，电路中的最大电流为：Imax A0.15 A150

8、mA，U Rx3 20所以电流表应选 A1.(3)根据欧姆定律，应有：IgE RxR可得：RRxE Ig根据电阻定律应有：Rxl 1 4d2联立以上两式可得：Rl4 d2E Ig根据函数斜率的概念应有：4 d2R0 l0解得：d2R0 4l08(4)本题中若考虑电流表内阻RA，则有：RlRA，对图像的斜率没有影响，即电流表内阻对电阻率的测量结果无影响4 d2E Ig答案 (1)0.730 (2)A1 (3) (4)无d2R0 4l01某同学在一次“测定金属的电阻率”的实验中，用毫米刻度尺测出接入电路部分的金属丝长度为l0.720 m，用螺旋测微器测出金属丝直径(刻度位置如图 11 所示)，用伏安法测出金属丝的电阻(阻值约为 5 )，然后计算出该金属材料的电阻率在用伏安法测定金属丝的电阻时，除被测金属丝外，还有如下实验器材：图 11A直流电源(输出电压为 3 V)B电流表 A(量程 00.6 A，内阻约 0.125 )C电压表 V(量程 03 V，内阻 3 k)D滑动变阻器(最大阻值 20 )E开关、导线等(1)从图中读出金属丝的直径为_ mm.(2)根据所提供的器材，在虚线框中画出实验

9、电路图(3)若根据伏安法测出金属丝的阻值为Rx4.0 ，则这种金属材料的电阻率为_ m(计算结果保留两位有效数字)答案 (1)0.600 (2)如图所示9(3)1.6106解析 (3)由R得，代入数据解得1.6106 m.l SRS lRxd2 4l2某同学通过实验测定一个阻值约为 5 的电阻Rx的阻值(1)现有电源(4V)、滑动变阻器(050 ，额定电流 2 A)、开关和导线若干，以及下列电表：A电流表(03 A，内阻约 0.025 )B电流表(00.6 A，内阻约 0.125 )C电压表(03 V，内阻约 3 k)D电压表(015 V，内阻约 15 k)为减小测量误差，在实验中，电流表应选用_，电压表应选用_(选填器材前的字母)；实验电路应采用图 12 中的_(选填“甲”或“乙”)图 12(2)图 13 是测量Rx的实验器材实物图，图中已连接了部分导线请根据在(1)问中所选的电路图，补充完成图中实物间的连线图 13(3)接通开关，改变滑动变阻器滑片P的位置，并记录对应的电流表示数I、电压表示数U.10某次电表示数如图 14 所示，可得该电阻的测量值Rx _(保留两位有效数字)U I11图 14(4)若在(1)问中选用甲电路，产生误差的主要原因是_；若在(1)问中选用乙电路，产生误差的主要原因是_(选填选项前的字母)A电流表测量值小于流经Rx的电流值B电流表测量值大于流经Rx的电流值C电压表测量值小

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