2017-2018學(xué)年高中物理 第章 恒定電流 實(shí)驗(yàn)：測定金屬的電阻率教學(xué)案 選修-1

1、學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精實(shí)驗(yàn)：測定金屬的電阻率一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握螺旋測微器的原理及讀數(shù)方法.2練習(xí)使用電流表、電壓表及伏安法測電阻。3測定金屬的電阻率。二、實(shí)驗(yàn)原理1電阻率的測定原理 (1)把金屬絲接入電路中，用伏安法測金屬絲的電阻r。電路原理圖如圖1所示.圖1(2）用毫米刻度尺測出金屬絲的長度l，用螺旋測微器測出金屬絲的直徑d，算出橫截面積s。（3）由電阻定律r，得,求出電阻率.2伏安法測電阻的兩種電路類別電流表內(nèi)接法電流表外接法電路圖誤差分析電壓表示數(shù)uvuruaur電流表示數(shù)iairr測r真電壓表示數(shù)uvur誤差來源于電流表的分壓作用電流表示數(shù)iairivirr測r真誤差來源于電壓表的

2、分流作用適用條件rrarrv三、實(shí)驗(yàn)器材被測金屬絲、米尺、螺旋測微器、電壓表、電流表、直流電源、開關(guān)、滑動(dòng)變阻器和導(dǎo)線若干.四、實(shí)驗(yàn)步驟1用螺旋測微器在導(dǎo)線的三個(gè)不同位置上各測一次，并記錄。2將金屬絲兩端固定在接線柱上懸空拉直，用毫米刻度尺測量接入電路的金屬絲長度l（即有效長度),反復(fù)測量三次，并記錄。3依照圖2中所示的電路圖用導(dǎo)線把器材連好，并把滑動(dòng)變阻器的阻值調(diào)至最大。圖24電路經(jīng)檢查無誤后，閉合開關(guān)s，改變滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)片的位置，讀出幾組相應(yīng)的電流表、電壓表的示數(shù)i和u的值；記入記錄表格內(nèi),斷開開關(guān)s.5整理好實(shí)驗(yàn)器材，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。五、數(shù)據(jù)處理1根據(jù)記錄結(jié)果，計(jì)算出金屬絲的直徑d和長度l的

3、平均值.2根據(jù)記錄的i、u值,計(jì)算出金屬絲的平均電阻值r。3將測得r、l、d的值，代入電阻率計(jì)算公式中,計(jì)算出金屬絲的電阻率。六、誤差分析1金屬絲直徑、長度的測量帶來偶然誤差。2電流表外接法,r測r真導(dǎo)致測真（系統(tǒng)誤差）。3通電時(shí)間過長，電流過大，都會(huì)導(dǎo)致電阻率發(fā)生變化（系統(tǒng)誤差）。七、注意事項(xiàng)1導(dǎo)線的長度是連入電路的導(dǎo)線的有效長度(而不是金屬絲的總長度).2由于被測金屬導(dǎo)線的阻值較小，為了減小測量誤差，應(yīng)選用電流表外接法.3測電阻時(shí)，電流不宜過大，通電時(shí)間不宜太長。4為準(zhǔn)確求出r平均值,應(yīng)采用u。i圖像法求電阻。附：螺旋測微器的構(gòu)造、使用和讀數(shù)1構(gòu)造如圖3所示為螺旋測微器的結(jié)構(gòu)圖。它的小砧a

4、和固定刻度b固定在框架c上，旋鈕d、微調(diào)旋鈕d和可動(dòng)刻度e、測微螺桿f連在一起，通過精密螺紋套在b上。圖32測量原理螺旋測微器的螺距是0.5 mm，螺栓上可動(dòng)刻度一周為50格，當(dāng)螺栓每轉(zhuǎn)一周時(shí),前進(jìn)（或后退）一個(gè)螺距0.5 mm。若螺栓每轉(zhuǎn)過1格,前進(jìn)(或后退)0.01 mm,因此螺旋測微器的精確度為0。01 mm.3操作與讀數(shù)使用螺旋測微器時(shí)，將被測物體放在小砧a和測微螺桿f之間,先使用粗調(diào)旋鈕d，在測微螺桿f快靠近被測物體時(shí)，改用微調(diào)旋鈕d，聽到咔咔聲音停止轉(zhuǎn)動(dòng)，并用止動(dòng)旋鈕止動(dòng)，然后讀數(shù).讀數(shù)時(shí)，在固定刻度尺上讀出大于0。5 mm的部分，在可動(dòng)刻度上讀出不足0。5 mm的部分，讀可動(dòng)刻度

5、示數(shù)時(shí)還要注意估讀一位數(shù)字。圖4螺旋測微器的讀數(shù)可用下式表示：螺旋測微器的讀數(shù)固定尺上的讀數(shù)可動(dòng)尺上的讀數(shù)精確度。如圖4所示，讀數(shù)為6.5 mm0.0120.3 mm6。703 mm.例1在測量金屬絲電阻率的實(shí)驗(yàn)中，可供選用的器材如下。待測金屬絲：rx（阻值約為4 ，額定電流約0.5 a);電壓表：v（量程3 v,內(nèi)阻約3 k）;電流表：a1(量程0.6 a，內(nèi)阻約0。2 ）;a2(量程3 a，內(nèi)阻約為0。05 ）；電源：e1(電動(dòng)勢3 v，內(nèi)阻不計(jì))；e2（電動(dòng)勢12 v，內(nèi)阻不計(jì))；滑動(dòng)變阻器：r（最大阻值約20 )；螺旋測微器；毫米刻度尺；開關(guān)s；導(dǎo)線。圖5（1)用螺旋測微器測量金屬絲的

6、直徑，示數(shù)如圖5所示，讀數(shù)為_ mm。(2)若滑動(dòng)變阻器采用限流接法,為使測量盡量精確,電流表應(yīng)選_、電源應(yīng)選_（均填器材代號(hào))，請畫出電路原理圖。解析（1)螺旋測微器固定刻度上的讀數(shù)為1。5 mm，可動(dòng)刻度上的讀數(shù)為27。30。01 mm0.273 mm，故螺旋測微器的讀數(shù)應(yīng)為1.5 mm0。273 mm1。773 mm.(2）由于待測電阻rx的阻值約為4 ，額定電流約為0。5 a,故電流表選a1，電源選e1.實(shí)驗(yàn)電路原理圖如圖所示。答案（1)1。773（1。7711。775均正確)(2)a1e1見解析圖例2在測定金屬的電阻率的實(shí)驗(yàn)中,金屬導(dǎo)線長約0.8 m,直徑小于1 mm，電阻在5 左右

7、,實(shí)驗(yàn)步驟如下：(1)用米尺測量金屬導(dǎo)線的長度,測三次，求出平均值l，在金屬導(dǎo)線的不同位置用_測量直徑，求出平均值d。（2)用伏安法測量金屬導(dǎo)線的電阻r。試把圖6中所給的器材連接成測量r的合適的電路.圖中電流表的量程為00.6 a，內(nèi)阻接近1 ，電壓表的量程為03 v，內(nèi)阻為幾千歐，電源的電動(dòng)勢為6 v，變阻器的阻值為020 ,在閉合開關(guān)前，變阻器的滑動(dòng)觸點(diǎn)應(yīng)處于正確位置。圖6（3)用上面測得的金屬導(dǎo)線長度l、直徑d和電阻r,可根據(jù)電阻率的表達(dá)式_算出所測金屬的電阻率。解析(1)金屬導(dǎo)線的直徑用螺旋測微器測量。（2）連接電路圖時(shí)，由于被測金屬導(dǎo)線的電阻值較小，應(yīng)采用電流表外接法，并且滑動(dòng)變阻器

8、采取限流式，閉合開關(guān)前，滑動(dòng)變阻器的滑片處在最大阻值處。（3)由電阻定律r,有。答案見解析1（多選)做“測定金屬的電阻率”實(shí)驗(yàn)時(shí)，除待測的金屬絲、電流表、電壓表、滑動(dòng)變阻器、開關(guān)和足夠的導(dǎo)線外,還需要下列哪些實(shí)驗(yàn)器材（)a螺旋測微器b游標(biāo)卡尺c米尺 d直流電源解析：選acd測量金屬絲的長度用米尺,測量金屬絲的直徑用螺旋測微器，還需直流電源，故a、c、d正確。2在“測定金屬絲電阻率”的實(shí)驗(yàn)中，由可知，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性影響最大的是()a導(dǎo)線直徑d的測量 b電壓u的測量c電流i的測量 d導(dǎo)線長度的測量解析：選a四個(gè)選項(xiàng)中的四個(gè)物理量對金屬絲的電阻率均有影響，但影響最大的是直徑d,因?yàn)樵谟?jì)算式中取直

9、徑的平方.3在測金屬絲的電阻率的實(shí)驗(yàn)中，下列說法中錯(cuò)誤的是（)a用伏安法測電阻時(shí),可采用電流表外接法b實(shí)驗(yàn)中應(yīng)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，取得多組u和i的值，然后求出平均電阻c應(yīng)選用毫米刻度尺測金屬絲的長度三次，然后求出平均長度ld. 實(shí)驗(yàn)中電流不能太大,以免電阻率發(fā)生變化解析：選c測量的是接入電路中的金屬絲的有效長度，故c錯(cuò)。4在“測定金屬絲電阻率的實(shí)驗(yàn)中需要測出其長度l、直徑d和電阻r。圖7(1)若用圖7測金屬絲的電阻，則測量結(jié)果將比真實(shí)值_.（選填“偏大或“偏小”）（2)用電壓表和電流表測金屬絲的電壓和電流時(shí)讀數(shù)如圖8所示,則電壓表的讀數(shù)為_ v，電流表的讀數(shù)為_a.圖8解析：(1)圖中電流表采用外

10、接法，故測量值偏小。（2）電壓表精度為0.1 v，其讀數(shù)為2。60 v;電流表精度為0。02 a，其讀數(shù)為0.52 a。 答案:(1)偏?。?)2。600。525某同學(xué)測量一個(gè)圓柱體的電阻率,需要測量圓柱體的尺寸和電阻。(1)分別使用游標(biāo)卡尺和螺旋測微器測量圓柱體的長度和直徑，某次測量的示數(shù)如圖9甲、乙所示，長度為_ cm，直徑為_ mm.圖9(2）按圖丙所示連接電路后,實(shí)驗(yàn)操作如下:將滑動(dòng)變阻器r1的阻值置于最_處(填“大或“小)；將s2撥向接點(diǎn)1,閉合s1，調(diào)節(jié)r1，使電流表示數(shù)為i0。將電阻箱r2的阻值調(diào)至最_（填“大”或“小”），s2撥向接點(diǎn)2；保持r1不變，調(diào)節(jié)r2，使電流表示數(shù)仍為

11、i0，此時(shí)r2阻值為1 280 。（3)由此可知,圓柱體的電阻為_ .解析：(1)游標(biāo)卡尺的精度為0。1 mm，所以l(5010.1）mm5。01 cm,螺旋測微器的讀數(shù)為d（531。60。01）mm5.316 mm.（2）將滑動(dòng)變阻器r1的阻值調(diào)至最大，是為了保護(hù)電流表和電源；將電阻箱r2的阻值調(diào)至最大,也是為了保護(hù)電流表和電源。(3）由等效替代法測量電阻的原理可知rxr21 280 。答案：(1)5.015。316(5。3145。318均正確）（2）大大(3）1 2806利用螺旋測微器、米尺和如圖10所示的器材（其中電流表的內(nèi)阻為1 ，電壓表的內(nèi)阻為5 k）測量一根粗細(xì)均勻的阻值約為5 的

12、金屬絲的電阻率。圖10(1)用筆畫線代替導(dǎo)線，將圖10中的器材連接成實(shí)物電路，要求連線盡量避免交叉，電流表、電壓表應(yīng)該選擇合適的量程(已知電源的電壓為6 v，滑動(dòng)變阻器的阻值為020 )。圖實(shí)11(2)實(shí)驗(yàn)時(shí)，用螺旋測微器測量金屬絲的直徑和用米尺測量金屬絲的長度示數(shù)如圖11所示，電流表、電壓表的讀數(shù)如圖12所示。由圖可以讀出金屬絲兩端的電壓u_,流過金屬絲的電流強(qiáng)度i_，金屬絲的長度l_，金屬絲的直徑d_。圖12（3）該金屬絲的電阻率是_(保留兩位有效數(shù)字）。解析：(1)由于金屬絲的電阻比電壓表的內(nèi)阻小得多,因此采用電流表外接法；由于金屬絲的電阻比滑動(dòng)變阻器的總電阻要小，因此采用限流式接法，為

13、了保證滑動(dòng)變阻器起限流作用，滑動(dòng)變阻器應(yīng)該連接“a(b）、c”或“a（b）、d”幾個(gè)接線柱;由圖可以看出電流表應(yīng)該連接“”接線柱和“0。6”接線柱，具體連線如圖所示.（2)由圖可以看出：電壓表的量程是3 v，所以讀數(shù)是2.20 v；電流表的量程是0.6 a，所以讀數(shù)是0.44 a；由于螺旋測微器的半毫米刻度線已經(jīng)露出，因此讀數(shù)是1。850103 m；米尺的讀數(shù)是40.50 cm10。00 cm30。50 cm。(3)由電阻定律得 m4。4105 m。答案:(1）見解析圖(2)2.20 v0。44 a3050 cm1。850103 m(3）4。4105 m7某同學(xué)通過實(shí)驗(yàn)測量一種合金的電阻率。(

14、1）用螺旋測微器測量合金絲的直徑。為防止讀數(shù)時(shí)測微螺桿發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，讀數(shù)前應(yīng)先旋緊如圖13甲所示的部件_(選填“a”、“b”、“c或“d”)。從圖甲中的示數(shù)可讀出合金絲的直徑為_mm。（2）如圖乙所示是測量合金絲電阻的電路，相關(guān)器材的規(guī)格已在圖中標(biāo)出。合上開關(guān)，將滑動(dòng)變阻器的滑片移到最左端的過程中，發(fā)現(xiàn)電壓表和電流表的指針只在圖示位置發(fā)生很小的變化。由此可以推斷：電路中_（選填圖中表示接線柱的數(shù)字）之間出現(xiàn)了_（選填“短路或“斷路”）。圖13(3）在電路故障被排除后，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，讀出電壓表和電流表的示數(shù)分別為2.23 v和38 ma，由此，該同學(xué)算出接入電路部分的合金絲的阻值為58。7 。為了更準(zhǔn)確地測出合金絲的阻值，在不更換實(shí)驗(yàn)器材的條件下，對實(shí)驗(yàn)應(yīng)作怎樣的改進(jìn)？請寫出兩條建議。解析：（1）讀數(shù)前先旋緊b，示數(shù)為0.01 mm41。00。410 mm。（2)電壓表的示數(shù)接近電源的電動(dòng)勢，電流表的示數(shù)很小，說明電壓表串聯(lián)在電路中，由此推斷：合金絲沒有接入電路中，即電路中的7、9之