【步步高】2013年高考物理大一輪 實(shí)驗(yàn)七 測(cè)定金屬的電阻率(練習(xí)使用螺旋測(cè)微器) 新人教版選修3-1

1、實(shí)驗(yàn)七測(cè)定金屬的電阻率(練習(xí)使用螺旋測(cè)微器)一、螺旋測(cè)微器的構(gòu)造原理及讀數(shù)1螺旋測(cè)微器的構(gòu)造如圖1所示是常用的螺旋測(cè)微器它的測(cè)砧A和固定刻度B固定在尺架C上旋鈕D、微調(diào)旋鈕D和可動(dòng)刻度E、測(cè)微螺桿F連在一起，通過精密螺紋套在B上圖12螺旋測(cè)微器的原理測(cè)微螺桿F與固定刻度B之間的精密螺紋的螺距為0.5 mm，即旋鈕D每旋轉(zhuǎn)一周，F(xiàn)前進(jìn)或后退0.5 mm，而可動(dòng)刻度E上的刻度為50等份，每轉(zhuǎn)動(dòng)一小格，F(xiàn)前進(jìn)或后退0.01 mm.即螺旋測(cè)微器的精確度為0.01 mm.讀數(shù)時(shí)估讀到毫米的千分位上，因此，螺旋測(cè)微器又叫千分尺3讀數(shù)：測(cè)量時(shí)被測(cè)物體長(zhǎng)度的整數(shù)毫米數(shù)由固定刻度讀出,小數(shù)部分由可動(dòng)刻度讀出.測(cè)

2、量值(毫米)固定刻度數(shù)(毫米)(注意半毫米刻度線是否露出)可動(dòng)刻度數(shù)(估讀一位)×0.01(毫米)二、游標(biāo)卡尺1構(gòu)造：主尺、游標(biāo)尺(主尺和游標(biāo)尺上各有一個(gè)內(nèi)外測(cè)量爪)、游標(biāo)尺上還有一個(gè)深度尺，尺身上還有一個(gè)緊固螺釘(如圖2所示)圖22用途：測(cè)量厚度、長(zhǎng)度、深度、內(nèi)徑、外徑3原理：利用主尺的最小分度與游標(biāo)尺的最小分度的差值制成不管游標(biāo)尺上有多少個(gè)小等分刻度，它的刻度部分的總長(zhǎng)度比主尺上的同樣多的小等分刻度少1 mm.常見的游標(biāo)卡尺的游標(biāo)尺上小等分刻度有10個(gè)的、20個(gè)的、50個(gè)的，其讀數(shù)見下表：游標(biāo)尺精度(mm)測(cè)量長(zhǎng)度LNk(mm)(游標(biāo)尺上第k格與主尺上的刻度線對(duì)齊時(shí))總刻度格數(shù)n

3、刻度總長(zhǎng)度(mm)每小格與主尺1格(1 mm)相差1090.10.1N(主尺上讀的整毫米數(shù))k20190.050.05N(主尺上讀的整毫米數(shù))k50490.020.02N(主尺上讀的整毫米數(shù))k三、伏安法測(cè)電阻1電流表、電壓表的應(yīng)用電流表內(nèi)接法電流表外接法電路圖誤差原因電流表分壓U測(cè)UxUA電壓表分流I測(cè)IxIV電阻測(cè)量值R測(cè)RxRA>Rx測(cè)量值大于真實(shí)值R測(cè)<Rx測(cè)量值小于真實(shí)值適用條件RARxRVRx口訣大內(nèi)偏大(大電阻用內(nèi)接法測(cè)量，測(cè)量值偏大)小外偏小(小電阻用外接法測(cè)量，測(cè)量值偏小)2伏安法測(cè)電阻的電路選擇(1)阻值比較法：先將待測(cè)電阻的估計(jì)值與電壓表、電流表內(nèi)阻進(jìn)行比較，

4、若Rx較小，宜采用電流表外接法；若Rx較大，宜采用電流表內(nèi)接法(2)臨界值計(jì)算法Rx<時(shí)，用電流表外接法；Rx>時(shí)，用電流表內(nèi)接法(3)實(shí)驗(yàn)試探法：按圖3接好電路，讓電壓表一根接線柱P先后與a、b處接觸一下，如果電壓表的示數(shù)有較大的變化，而電流表的示數(shù)變化不大，則可采用電流表外接法；如果電流表的示數(shù) 圖3有較大的變化，而電壓表的示數(shù)變化不大，則可采用電流表內(nèi)接法四、測(cè)量金屬的電阻率實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握螺旋測(cè)微器及游標(biāo)卡尺的原理及讀數(shù)方法2掌握電流表、電壓表和滑動(dòng)變阻器的使用方法及電流表和電壓表的讀數(shù)方法3會(huì)用伏安法測(cè)電阻，并能測(cè)定金屬的電阻率實(shí)驗(yàn)原理由R得，因此，只要測(cè)出金屬絲的長(zhǎng)度l，

5、橫截面積S和金屬絲的電阻R，即可求出金屬絲的電阻率.(1)把金屬絲接入電路中，用伏安法測(cè)金屬絲的電阻R(R )電路原理圖如圖4所示 圖4 (2)用毫米刻度尺測(cè)量金屬絲的長(zhǎng)度l，用螺旋測(cè)微器量得金屬絲的直徑，算出橫截面積S. (3)將測(cè)量的數(shù)據(jù)代入公式求金屬絲的電阻率點(diǎn)撥因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)中被測(cè)金屬絲的電阻值較小，所以實(shí)驗(yàn)電路采用電流表外接法實(shí)驗(yàn)器材毫米刻度尺、螺旋測(cè)微器、直流電流表和直流電壓表、滑動(dòng)變阻器(阻值范圍050 )、電池組、開關(guān)、被測(cè)金屬絲、導(dǎo)線若干實(shí)驗(yàn)步驟1直徑測(cè)定：用螺旋測(cè)微器在被測(cè)金屬導(dǎo)線上的三個(gè)不同位置各測(cè)一次直徑，求出其平均值d，計(jì)算出導(dǎo)線的橫截面積S.2電路連接：連接好用伏安法測(cè)

6、電阻的實(shí)驗(yàn)電路3長(zhǎng)度測(cè)量：用毫米刻度尺測(cè)量接入電路中的被測(cè)金屬導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度，反復(fù)測(cè)量3次，求其平均值l.4U、I測(cè)量：把滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)片調(diào)節(jié)到使接入電路中的電阻值最大的位置，電路經(jīng)檢查確認(rèn)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，填入記錄表格內(nèi)，斷開開關(guān)S，求出金屬導(dǎo)線電阻R的平均值5拆除電路，整理好實(shí)驗(yàn)器材數(shù)據(jù)處理1在求R的平均值時(shí)可用兩種方法(1)用R分別算出各次的數(shù)值，再取平均值(2)用UI圖線的斜率求出2計(jì)算電阻率：將記錄的數(shù)據(jù)R、l、d的值代入電阻率計(jì)算式R.誤差分析1金屬絲的橫截面積是利用直徑計(jì)算而得，直徑的測(cè)量是產(chǎn)生誤差的主

7、要來源之一2采用伏安法測(cè)量金屬絲的電阻時(shí)，由于采用的是電流表外接法，測(cè)量值小于真實(shí)值，使電阻率的測(cè)量值偏小3金屬絲的長(zhǎng)度測(cè)量、電流表和電壓表的讀數(shù)等也會(huì)帶來偶然誤差4由于金屬絲通電后發(fā)熱升溫，會(huì)使金屬絲的電阻率變大，造成測(cè)量誤差注意事項(xiàng)1本實(shí)驗(yàn)中被測(cè)金屬導(dǎo)線的電阻值較小，因此實(shí)驗(yàn)電路一般采用電流表外接法2實(shí)驗(yàn)連線時(shí)，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(cè)金屬導(dǎo)線、滑動(dòng)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(cè)金屬導(dǎo)線的兩端3測(cè)量被測(cè)金屬導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度，是指測(cè)量待測(cè)導(dǎo)線接入電路的兩個(gè)端點(diǎn)之間的長(zhǎng)度，亦即電壓表兩端點(diǎn)間的待測(cè)導(dǎo)線長(zhǎng)度，測(cè)量時(shí)應(yīng)將導(dǎo)線拉直，反復(fù)測(cè)量三次，求

8、其平均值4測(cè)金屬導(dǎo)線直徑一定要選三個(gè)不同部位進(jìn)行測(cè)量，求其平均值5閉合開關(guān)S之前，一定要使滑動(dòng)變阻器的滑片處在有效電阻值最大的位置6 在用伏安法測(cè)電阻時(shí),通過待測(cè)導(dǎo)線的電流強(qiáng)度I不宜過大(電流表用00.6 A量程)，通電時(shí)間不宜過長(zhǎng)，以免金屬導(dǎo)線的溫度明顯升高，造成其電阻率在實(shí)驗(yàn)過程中逐漸增大7求R的平均值時(shí)可用兩種方法：第一種是用RU/I算出各次的測(cè)量值，再取平均值；第二種是用圖象(UI圖線)來求出若采用圖象法，在描點(diǎn)時(shí)，要盡量使各點(diǎn)間的距離拉大一些，連線時(shí)要盡可能地讓各點(diǎn)均勻分布在直線的兩側(cè)，個(gè)別明顯偏離較遠(yuǎn)的點(diǎn)可以不予考慮實(shí)驗(yàn)改進(jìn)在本實(shí)驗(yàn)中，由于電表內(nèi)電阻的影響，從而使金屬導(dǎo)線電阻測(cè)量值

9、偏小，可以改進(jìn)實(shí)驗(yàn)電路，消除由于電表內(nèi)阻的影響而帶來的實(shí)驗(yàn)誤差1等效替換法連接電路如圖5所示R為電阻箱，Rx為待測(cè)電阻，通過調(diào)節(jié)電阻箱R，使單刀雙擲開關(guān)S分別接1和2時(shí)，電流表中的電流示數(shù)相同，則表明RxR，即可測(cè)出Rx. 圖5 2附加電阻法連接電路如圖6所示，R1為一阻值較大的固定電阻，Rx為待測(cè) 電阻 (1)S2斷開，閉合S1，調(diào)節(jié)變阻器R，使電流表、電壓表都有一個(gè)適當(dāng)讀數(shù)，記下兩表讀數(shù)I1、U1.(2)保持變阻器R不變，再閉合S2，記下兩表的讀數(shù)I2、U2. 圖6(3)待測(cè)電阻Rx.考點(diǎn)一游標(biāo)卡尺、螺旋測(cè)微器的讀數(shù)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：(1)看清精確度例如(圖7)圖7易錯(cuò)成114

10、×0.1 mm11.40 mm正確的應(yīng)為11.4 mm，游標(biāo)卡尺不需估讀，后面不能隨意加零例如(圖8)圖8易錯(cuò)成1012×0.05 mm10.6 mm，正確的應(yīng)為10.60 mm(2)主尺上的單位應(yīng)為厘米主尺上標(biāo)識(shí)的1、2、3等數(shù)字通常是指厘米，讀數(shù)時(shí)應(yīng)將毫米和厘米分清，游標(biāo)卡尺主尺上的最小刻度是1 mm.例如(圖9)圖9易錯(cuò)成(54×0.05) mm5.20 mm正確的應(yīng)為(504×0.05) mm50.20 mm(3)區(qū)分零刻度與標(biāo)尺最前端例如(圖10)圖10易錯(cuò)成1310×0.05 mm13.50 mm正確讀數(shù)為1410×0.0

11、5 mm14.50 mm例1(1)如圖11所示為一種游標(biāo)卡尺，它的游標(biāo)尺上有圖1120個(gè)小的等分刻度，總長(zhǎng)度為19 mm.用它測(cè)量某物 體長(zhǎng)度時(shí)，游標(biāo)卡尺示數(shù)如圖所示，則該物體的長(zhǎng)度是_ cm.(2)如圖12所示為使用螺旋測(cè)微器測(cè)量某金屬絲直徑的示意圖，則該金屬絲的直徑為_ mm.圖12考點(diǎn)二對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解與應(yīng)用例2在“測(cè)定金屬的電阻率”的實(shí)驗(yàn)中，用螺旋測(cè)微器測(cè)量金屬絲直徑時(shí)的刻度位置如圖13所示，用米尺測(cè)出金屬絲的長(zhǎng)度L，金屬絲的電阻大約為5 ，先用伏安法測(cè)出金屬絲的電阻R，然后根據(jù)電阻定律計(jì)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. 圖13(2)為此取來兩節(jié)新的干電池、開關(guān)

12、和若干導(dǎo)線及下列器材：A電壓表03 V，內(nèi)阻10 kB電壓表015 V，內(nèi)阻50 kC電流表00.6 A，內(nèi)阻0.05 D電流表03 A，內(nèi)阻0.01 E滑動(dòng)變阻器010 F滑動(dòng)變阻器0100 要求較準(zhǔn)確地測(cè)出其阻值，電壓表應(yīng)選_，電流表應(yīng)選_，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選_(填序號(hào))實(shí)驗(yàn)中某同學(xué)的實(shí)物接線如圖14所示，請(qǐng)指出該同學(xué)實(shí)物接線中的兩處明顯錯(cuò)誤圖14錯(cuò)誤1：_；錯(cuò)誤2_.儀器選擇的基本思路(1)優(yōu)先考慮安全因素：各電表的實(shí)際讀數(shù)不能超過其量程，電阻類元件中的實(shí)際電流(或電壓)不能超過其允許的最大電流(或電壓)實(shí)際處理過程中，需要估算回路中的最大電流(一般應(yīng)假設(shè)變阻器采用限流接法時(shí)進(jìn)行估算)如：用

13、伏安法作出標(biāo)有“6 V，0.6 W”字樣的小燈泡的UI圖線，則實(shí)際加在燈泡兩端的電壓的最大值不能超過6 V.(2)考慮讀數(shù)誤差因素：一般要求各電表的實(shí)際讀數(shù)不小于其量程的，以減小讀數(shù)誤差(3)儀器選擇的一般步驟：首先選擇唯一性的器材；粗畫電路圖(暫不接電流表和電壓表)；估算回路中電流和電壓的最大值，在電表的指針有較大幅度的偏轉(zhuǎn)但不超過其量程的情況下，結(jié)合已知器材的規(guī)格，確定實(shí)驗(yàn)電路和實(shí)驗(yàn)器材考點(diǎn)三伏安法測(cè)電阻率(儀器選取及電路設(shè)計(jì))例3某興趣小組在做“測(cè)定金屬絲的電阻率”的實(shí)驗(yàn)中，通過粗測(cè)電阻絲的電阻約為5 ，為了使測(cè)量結(jié)果盡量準(zhǔn)確，從實(shí)驗(yàn)室找出以下供選擇的器材：A電池組(3 V，內(nèi)阻約1 )

14、B電流表A1(03 A，內(nèi)阻0.012 5 )C電流表A2(00.6 A，內(nèi)阻約0.125 )D電壓表V1(03 V，內(nèi)阻4 k)E電壓表V2(015 V，內(nèi)阻15 kF滑動(dòng)變阻器R1(020 ，允許最大電流1 A)G滑動(dòng)變阻器R2(02 000 ，允許最大電流0.3 A)H開關(guān)、導(dǎo)線若干(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)從上述器材中選用_(填寫儀器前字母代號(hào))(2)測(cè)電阻時(shí)，電流表、電壓表、待測(cè)電阻Rx在組成測(cè)量電路時(shí)，應(yīng)采用安培表_接法，將設(shè)計(jì)的電路圖畫在下面虛線框內(nèi)(3)若用螺旋測(cè)微器測(cè)得金屬絲的直徑d的讀數(shù)如圖15，則讀為_ mm. 圖15(4)若用L表示金屬絲的長(zhǎng)度，d表示直徑，測(cè)得電阻為R，請(qǐng)寫出計(jì)算

15、金屬絲電阻率的表達(dá)式_.22.用等效替代法測(cè)電表的內(nèi)阻原理與方法如圖16所示， 先讓待測(cè)電表與一電流表串聯(lián)后接到電動(dòng)勢(shì)恒定的電源上，讀出電流表示數(shù)I；然后將電阻箱與電流表串聯(lián)后接到同一電源上，調(diào)節(jié)電阻箱的阻值，使電流表中示數(shù)仍為I，則電阻箱的讀數(shù)即等于待測(cè)電表的內(nèi)阻 圖16儀器選擇等效替代法測(cè)量電流表內(nèi)阻時(shí)選擇的電流表量程應(yīng)與待測(cè)電流表量程相近；測(cè)量電壓表內(nèi)阻時(shí)可根據(jù)電壓表的量程與內(nèi)阻的大小選擇電流表的量程例4(2011·新課標(biāo)全國(guó)·22)為了測(cè)量一微安表頭A的內(nèi)阻，某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖17所示的電路圖中，A0是標(biāo)準(zhǔn)電流表，R0和RN分別是滑動(dòng)變阻器和電阻箱，S和S1分別是單刀

16、雙擲開關(guān)和單刀開關(guān)，E是電池完成下列實(shí)驗(yàn)步驟中的填空：圖17(1)將S撥向接點(diǎn)1，接通S1，調(diào)節(jié)_，使待測(cè)表頭指針偏轉(zhuǎn)到適當(dāng)位置，記下此時(shí)_的讀數(shù)I；(2)然后將S撥向接點(diǎn)2，調(diào)節(jié)_，使_，記下此時(shí)RN的讀數(shù)；(3)多次重復(fù)上述過程，計(jì)算RN讀數(shù)的_，此即為待測(cè)微安表頭內(nèi)阻的測(cè)量值1(2010·安徽理綜·21()(1)在測(cè)定金屬的電阻率實(shí)驗(yàn)中，用螺旋測(cè)微器測(cè)量金屬絲的直徑，示數(shù)如圖18(a)所示，讀數(shù)為_mm.(2)在用單擺測(cè)定重力加速度實(shí)驗(yàn)中，用游標(biāo)為20分度的卡尺測(cè)量擺球的直徑，示數(shù)如圖(b)所示，讀數(shù)為_cm.(a)(b)圖182某同學(xué)要測(cè)量一個(gè)由均勻新材料制成的圓柱

17、體的電阻率.步驟如下：(1)用20分度的游標(biāo)卡尺測(cè)量其長(zhǎng)度如圖19甲所示，可知其長(zhǎng)度為_ mm；(2)用螺旋測(cè)微器測(cè)量其直徑如圖乙所示，可知其直徑為_ mm；甲乙圖19(3)用多用電表的電阻“×10”擋，按正確的操作步驟測(cè)此圓柱體的電阻，表盤的示數(shù)如圖20，則該電阻的阻值約為_ ；圖20(4)為更精確地測(cè)量其電阻，現(xiàn)有的器材及其代號(hào)和規(guī)格如下：待測(cè)圓柱體電阻R電流表A1(量程03 mA，內(nèi)阻約50 )電流表A2(量程015 mA，內(nèi)阻約30 )電壓表V1(量程03 V，內(nèi)阻約10 k)電壓表V2(量程015 V，內(nèi)阻約25 k)直流電源E(電動(dòng)勢(shì)4V，內(nèi)阻不計(jì))滑動(dòng)變阻器R1(阻值范

18、圍015 )滑動(dòng)變阻器R2(阻值范圍02 k)開關(guān)S，導(dǎo)線若干為使實(shí)驗(yàn)誤差較小，要求測(cè)得多組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，請(qǐng)?jiān)谔摼€框中畫出測(cè)量用的正確電路圖，并標(biāo)明所用器材的代號(hào) 3. 某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)監(jiān)測(cè)河水電阻率的實(shí)驗(yàn)他在一根內(nèi)徑d8.00 mm的均勻玻璃管兩端裝上橡膠塞和電極，如圖21，兩電極相距L0.314 m，其間充滿待測(cè)的河水他先用多用電表“×1 k”歐姆擋粗測(cè)管內(nèi)水柱的電阻R，如圖22，R_ . 圖21圖22為提高精度，他又用以下儀器：電壓表(3 V,15 V,300 k)、電流表(300 A,50 )、滑動(dòng)變阻器(1 k)、電源(12 V，6 )及開關(guān)和導(dǎo)線若干實(shí)驗(yàn)電路如圖23，通過

19、多次實(shí)驗(yàn)測(cè)量，測(cè)出每次實(shí)驗(yàn)水柱電阻對(duì)應(yīng)的U、I值，并在圖24 UI圖象中描出如圖所示的包括(0,0)點(diǎn)在內(nèi)的9個(gè)點(diǎn)表示他測(cè)得的9組(U，I)值圖23圖24通過對(duì)UI圖線分析求出水柱的電阻R_ .(保留兩位有效數(shù)字)4 2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予兩位俄裔科學(xué)家，以表彰他們?cè)谑┎牧祥_發(fā)領(lǐng)域的“突破性研究”石墨烯可來源于鉛筆芯，某校A、B兩個(gè)興趣小組想探究鉛筆芯的電阻率，他們?cè)诶蠋煹闹笇?dǎo)下各自選取一段長(zhǎng)為L(zhǎng)、橫截面積為S的粗細(xì)均勻的鉛筆芯，根據(jù)所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)了不同的方案進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：(1)A組方案：實(shí)驗(yàn)電路如圖25所示(整根鉛筆芯連在電路中)主要步驟如下，請(qǐng)完成相關(guān)問題：圖25a圖26是該方案所用器材的實(shí)物圖，圖中已連好部分導(dǎo)線，請(qǐng)用筆畫線代替導(dǎo)線將電路圖補(bǔ)充完整圖26b實(shí)驗(yàn)中測(cè)出多組U、I數(shù)據(jù)；c將測(cè)量數(shù)據(jù)