實驗一 測定金屬的電阻率

1、第七章第七章 恒定電流恒定電流 實驗實驗一一測定金屬的電阻率測定金屬的電阻率 (同時練習使用螺旋測微器同時練習使用螺旋測微器)【實驗目的】【實驗目的】1.1.掌握螺旋測微器的原理及讀數(shù)方法。掌握螺旋測微器的原理及讀數(shù)方法。2.2.掌握電流表、電壓表和滑動變阻器的使掌握電流表、電壓表和滑動變阻器的使用方法及電流表和電壓表的讀數(shù)方法。用方法及電流表和電壓表的讀數(shù)方法。3.3.會用伏安法測電阻，并能測定金屬的電會用伏安法測電阻，并能測定金屬的電阻率。阻率。一、一、螺旋測微器的構(gòu)造原理及讀數(shù)螺旋測微器的構(gòu)造原理及讀數(shù) (2) 原理：原理： 測微螺桿測微螺桿F與固定刻度與固定刻度B之間的精密螺之間的精密

2、螺紋的螺距為紋的螺距為0.5 mm，即旋鈕，即旋鈕D每旋轉(zhuǎn)一周，每旋轉(zhuǎn)一周，F(xiàn)前進前進或后退或后退0.5 mm，而可動刻度，而可動刻度E上的刻度為上的刻度為50等份，等份，每每轉(zhuǎn)動一小格，轉(zhuǎn)動一小格，F(xiàn)前進或后退前進或后退0.01 mm。即螺旋測即螺旋測微器的精確度為微器的精確度為0.01 mm。讀數(shù)時誤差出現(xiàn)在毫。讀數(shù)時誤差出現(xiàn)在毫米的千分位上，因此，螺旋測微器又叫千分尺。米的千分位上，因此，螺旋測微器又叫千分尺。 1 構(gòu)造構(gòu)造 ：小砧小砧A和固定刻和固定刻度度B固定在框架固定在框架C上旋鈕上旋鈕D、微調(diào)旋鈕微調(diào)旋鈕D和可動刻度和可動刻度E、測、測微螺桿微螺桿F連在一起，通過精密連在一起，通

3、過精密螺紋套在螺紋套在B上上。(3)讀數(shù)：讀數(shù)：測量值測量值=固定刻度數(shù)固定刻度數(shù)(毫米毫米)(注意半毫米刻注意半毫米刻線是否露出線是否露出)+可動刻度數(shù)可動刻度數(shù)(估一位估一位)0.01(毫米毫米)（3 3）讀數(shù)）讀數(shù)方法方法：測量時被測物體長度的半毫米數(shù)由固定刻度讀測量時被測物體長度的半毫米數(shù)由固定刻度讀出，不足半毫米部分由可動刻度讀出出，不足半毫米部分由可動刻度讀出，可由，可由可動可動刻度刻度零刻線與軸線的位置關(guān)系判斷：零零刻線與軸線的位置關(guān)系判斷：零刻度刻度在下在下則已經(jīng)露出。則已經(jīng)露出。如圖所示，固定刻度示數(shù)為如圖所示，固定刻度示數(shù)為2.0 mm2.0 mm，而從可動刻度上讀的，而從

4、可動刻度上讀的示數(shù)為示數(shù)為15.015.0，最后的讀數(shù)為，最后的讀數(shù)為2.0 mm+15.02.0 mm+15.00.01 mm=2.150 mm0.01 mm=2.150 mm。 2游標卡尺游標卡尺 （1）構(gòu)造：）構(gòu)造：（2）用途：）用途：測量厚度、長度、深度、內(nèi)徑、外徑。測量厚度、長度、深度、內(nèi)徑、外徑。 3）原理：）原理：利用主尺的最小分度與游標尺的最小分度利用主尺的最小分度與游標尺的最小分度的差值制成。不管游標尺上有多少個小等分刻度，它的差值制成。不管游標尺上有多少個小等分刻度，它的刻度部分的總長度比主尺上的同樣多的小等分刻度的刻度部分的總長度比主尺上的同樣多的小等分刻度少少1 mm。

5、常見的游標卡尺的游標尺上小等分刻度有。常見的游標卡尺的游標尺上小等分刻度有10個的、個的、20個的、個的、50個的。個的。（4 4）讀數(shù)：）讀數(shù)：游標卡尺的讀數(shù)應注意以下幾點：(1)看清精確度,例如易錯成(114001) mm1140 mm正確的應為 11 4 mm， 游標卡尺不需估讀， 后面不能隨意加零易錯成(10120 05) mm10 6 mm， 正確的應為10 60 mm課堂探究課堂探究 (2)主尺上的單位為厘米主尺上標識的 1、2、3 等數(shù)字通常是指厘米，讀數(shù)時應將毫米和厘米分清，游標卡尺主尺上的最小刻度是 1 mm易錯成(540.05) mm5.20 mm正確的應為(5040.05

6、) mm50. 20 mm課堂探究課堂探究 (3)區(qū)分零刻度與標尺最前端易 錯 成 (13 100.05) mm 13.50 mm正確讀數(shù)為(14100.05) mm14.50 mm【例 1】(1)如圖 5 所示的三把游標卡尺，它們的游標尺的刻度從上至下分別為 9 mm 長 10 等分、19 mm 長 20 等分、49 mm 長 50 等分，它們的讀數(shù)依次為_mm，_mm，_mm(2)使用螺旋測微器測量金屬絲的直徑， 示數(shù)如圖 6 所示， 則金屬絲的直徑是_mm圖 5圖 617.723.853.182.150二、二、實驗的實驗的原理原理理理由由RL/ /S S得得RSRS/L/L，因此，只要，

7、因此，只要測出金屬絲的長度測出金屬絲的長度l，橫截面積，橫截面積S和和金屬絲的電阻金屬絲的電阻R，即可求出金屬絲，即可求出金屬絲的電阻率的電阻率.(1)把金屬絲接入電路中，用伏安法把金屬絲接入電路中，用伏安法測金屬絲的電阻測金屬絲的電阻R(R=U U/ /I I) )電路原電路原理圖如圖所示理圖如圖所示(2)用毫米刻度尺測量金屬絲的長度用毫米刻度尺測量金屬絲的長度l，用螺旋測，用螺旋測微器量得金屬絲的直徑，算出橫截面積微器量得金屬絲的直徑，算出橫截面積S.(3)將測量的數(shù)據(jù)代入公式將測量的數(shù)據(jù)代入公式RSRS/L/L，求求得得金屬絲的電阻率金屬絲的電阻率： =RxS/l= d2U/(4lI)。

8、三、實驗步驟1直徑測定：用螺旋測微器在被測金屬導線上的三個不同位置各測一次直徑，求出其平均值d，2電路連接：連接好用伏安法測電阻的實驗電路3長度測量：用毫米刻度尺測量接入電路中的被測金屬導線的有效長度，反復測量3 次，求其平均值l.4U、I 測量：把滑動變阻器的滑動片調(diào)節(jié)到使接入電路中的電阻值最大的位置，電路經(jīng)檢查確認無誤后，閉合開關(guān)S，改變滑動變阻器滑動片的位置，讀出幾組相應的電流表、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，求出金屬導線電阻R 的平均值5拆除電路，整理好實驗器材四、數(shù)據(jù)處理1在求 R 的平均值時可用兩種方法(1)用 RUI分別算出各次的數(shù)值，再取平均值(2)

9、用 UI 圖線的斜率求出2計算電阻率：將記錄的數(shù)據(jù) R、l、d 的值代入電阻率計算式RSld2U4lI.五、誤差分析1金屬絲的橫截面積是利用直徑計算而得，直徑的測量是產(chǎn)生誤差的主要來源之一2采用伏安法測量金屬絲的電阻時，由于采用的是電流表外接法，測量值小于真實值，使電阻率的測量值偏小3金屬絲的長度測量、電流表和電壓表的讀數(shù)等也會帶來偶然誤差4由于金屬絲通電后發(fā)熱升溫，會使金屬絲的電阻率變大，造成測量誤差六、六、【注意事項】【注意事項】1.1.螺旋測微器的使用螺旋測微器的使用(1)(1)測量前必須校對零點測量前必須校對零點: :先使測砧先使測砧A A與測微螺桿與測微螺桿P P并攏并攏, ,觀察可

10、觀察可動刻度的零刻度線與固定刻度的軸向線是否重合以及可動刻度動刻度的零刻度線與固定刻度的軸向線是否重合以及可動刻度的邊緣與固定刻度的零刻度線是否重合。不重合時的邊緣與固定刻度的零刻度線是否重合。不重合時, ,用存放在用存放在螺旋測微器盒中的工具調(diào)節(jié)螺旋測微器盒中的工具調(diào)節(jié), ,直到完全重合為止。直到完全重合為止。(2)(2)測量時測量時, ,當測微螺桿當測微螺桿P P將要接觸被測物體時將要接觸被測物體時, ,要停止使用旋鈕要停止使用旋鈕K,K,改用微調(diào)旋鈕改用微調(diào)旋鈕K,K,當聽到當聽到“咔、咔咔、咔”聲后聲后, ,停止轉(zhuǎn)動停止轉(zhuǎn)動, ,以以避免避免P P和被測物體間產(chǎn)生過大的壓力。這樣既可以

11、保護儀器和被測物體間產(chǎn)生過大的壓力。這樣既可以保護儀器, ,又又能保證測量結(jié)果準確。能保證測量結(jié)果準確。(3)(3)螺旋測微器應估讀一位，即以螺旋測微器應估讀一位，即以mmmm作單位作單位, ,應讀到小數(shù)點后面應讀到小數(shù)點后面第三位。第三位。 2.2.測定金屬的電阻率測定金屬的電阻率(1)(1)測量被測金屬導線的有效長度，是指測量待測導線測量被測金屬導線的有效長度，是指測量待測導線接入電路的兩個端點之間的長度，亦即電壓表兩端點間接入電路的兩個端點之間的長度，亦即電壓表兩端點間的待測導線長度，測量時應將導線拉直，反復測量三次，的待測導線長度，測量時應將導線拉直，反復測量三次，求其平均值求其平均值

12、。(2)測金屬導線直徑一定要選三個不同部位進行測量，測金屬導線直徑一定要選三個不同部位進行測量，求其平均值求其平均值( (3 3) )本實驗中被測金屬絲的電阻值較小，故應采用電流本實驗中被測金屬絲的電阻值較小，故應采用電流表外接法。表外接法。( (4 4) )開關(guān)開關(guān)S S閉合前，滑動變阻器的阻值要調(diào)到最大。閉合前，滑動變阻器的阻值要調(diào)到最大。( (5 5) )實驗連線時實驗連線時, ,應先從電源的正極出發(fā)應先從電源的正極出發(fā), ,依次將開依次將開關(guān)、電流表、待測金屬絲、滑動變阻器連成干路，關(guān)、電流表、待測金屬絲、滑動變阻器連成干路，然后再把電壓表并聯(lián)在待測金屬絲的兩端。然后再把電壓表并聯(lián)在待

13、測金屬絲的兩端。 6在用伏安法測電阻時，通過待測導線的電流強度在用伏安法測電阻時，通過待測導線的電流強度I不不宜過大宜過大(電流表用電流表用00.6 A量程量程)，通電時間不宜過長，以，通電時間不宜過長，以免金屬導線的溫度明顯升高，造成其電阻率在實驗過程免金屬導線的溫度明顯升高，造成其電阻率在實驗過程中逐漸增大中逐漸增大7求求R的平均值時可用兩種方法：第一種是用的平均值時可用兩種方法：第一種是用RU/I算算出各次的測量值，再取平均值；第二種是用圖象出各次的測量值，再取平均值；第二種是用圖象(UI圖圖線線)來求出若采用圖象法，在描點時，要盡量使各點間來求出若采用圖象法，在描點時，要盡量使各點間的

14、距離拉大一些，連線時要盡可能地讓各點均勻分布在的距離拉大一些，連線時要盡可能地讓各點均勻分布在直線的兩側(cè)，個別明顯偏離較遠的點可以不予考慮直線的兩側(cè)，個別明顯偏離較遠的點可以不予考慮七、實驗改進在本實驗中，由于電表內(nèi)電阻的影響，從而使金屬導線電阻測量值偏小，可以改進實驗電路，消除由于電表內(nèi)阻的影響而帶來的實驗誤差1等效替換法連接電路如圖所示，R 為電阻箱，Rx為待測電阻，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，電流表中的電流示數(shù)相同，則表明 RxR，即可測出 Rx.【例例1】某實驗小組利用實驗室提供的器材探究一種金某實驗小組利用實驗室提供的器材探究一種金屬絲的電阻率，所用

15、的器材包括：輸出為屬絲的電阻率，所用的器材包括：輸出為3V的直流穩(wěn)壓的直流穩(wěn)壓電源、電流表、待測金屬絲、米尺、電阻箱、開關(guān)和導電源、電流表、待測金屬絲、米尺、電阻箱、開關(guān)和導線等線等(如圖如圖)。 (1)他們截取了一段金屬絲，拉直后固定在他們截取了一段金屬絲，拉直后固定在絕緣的米尺上，并在金屬絲上夾上一個小金屬夾，絕緣的米尺上，并在金屬絲上夾上一個小金屬夾， 金屬金屬夾可在金屬絲上移動。請根據(jù)現(xiàn)有器材，設計實驗電路，夾可在金屬絲上移動。請根據(jù)現(xiàn)有器材，設計實驗電路，并連接電路實物圖并連接電路實物圖(如圖如圖)?？键c考點1 1 測定金屬電阻率的原理測定金屬電阻率的原理 (2)實驗的主要步驟如下：

16、實驗的主要步驟如下： 正確連接電路，設定電阻箱的阻值，開啟正確連接電路，設定電阻箱的阻值，開啟電源，合上開關(guān)；電源，合上開關(guān)； 讀出電流表的示數(shù)，記錄金屬夾的位置；讀出電流表的示數(shù)，記錄金屬夾的位置； 斷開開關(guān)，斷開開關(guān)，_。合上開關(guān)，。合上開關(guān)，重復的操作。重復的操作。 (3)該小組測得電流與金屬該小組測得電流與金屬絲接入長度關(guān)系的數(shù)據(jù)，并絲接入長度關(guān)系的數(shù)據(jù)，并據(jù)此給出了如圖中的關(guān)系圖據(jù)此給出了如圖中的關(guān)系圖線，其斜率為線，其斜率為_A1m1 (保留三位有效數(shù)字保留三位有效數(shù)字)；圖線；圖線縱軸截距與電源電動勢的乘縱軸截距與電源電動勢的乘積代表了積代表了_ 的電阻之和。的電阻之和。 【答案

17、答案】(1)如圖甲、乙如圖甲、乙 。 (2) 讀出接入電路中的金屬絲的長度讀出接入電路中的金屬絲的長度 (3)1.63 電源的內(nèi)阻與電阻箱電源的內(nèi)阻與電阻箱 【解析解析】本題以創(chuàng)新型實驗的形式考查了電阻率的測量，解答本題以創(chuàng)新型實驗的形式考查了電阻率的測量，解答時首先要看明白實驗的原理，對利用圖象獲取信息的能力有較高時首先要看明白實驗的原理，對利用圖象獲取信息的能力有較高的要求。依據(jù)實驗器材和實驗目的測量金屬絲的電阻率，電路圖的要求。依據(jù)實驗器材和實驗目的測量金屬絲的電阻率，電路圖如圖甲所示；電路實物圖如圖乙所示，依據(jù)閉合電路歐姆定律得如圖甲所示；電路實物圖如圖乙所示，依據(jù)閉合電路歐姆定律得E

18、=I(r+R0+Rx)，參照題目給出的圖象可得，參照題目給出的圖象可得1/I=(r+R0)/E= /(ES)L，可見直線的斜率可見直線的斜率k= /(ES)，可知斜率、電源電動勢和金屬絲橫截面，可知斜率、電源電動勢和金屬絲橫截面積的乘積代表的物理量是金屬絲的電阻率積的乘積代表的物理量是金屬絲的電阻率 ，其數(shù)值和單位為，其數(shù)值和單位為1.54107 m；依據(jù)直線可得其斜率為；依據(jù)直線可得其斜率為1.63 A1m1，截距為，截距為(r+R0)/E，則圖線縱軸截距與電源電動勢的乘積為，則圖線縱軸截距與電源電動勢的乘積為(r+R0) ?？键c二對實驗操作及實驗數(shù)據(jù)處理的考查考點二對實驗操作及實驗數(shù)據(jù)處理

19、的考查圖圖14圖圖150.15525圖圖16A2R2圖圖17B【例例3】某研究性學習小組設計了如圖所示的電路，某研究性學習小組設計了如圖所示的電路，用來研究稀鹽水溶液的電阻率與濃度的關(guān)系。圖用來研究稀鹽水溶液的電阻率與濃度的關(guān)系。圖中中E為直流電源，為直流電源，K為開關(guān)，為開關(guān)，K1為單刀雙擲開關(guān)，為單刀雙擲開關(guān)，V為電壓表，為電壓表，A為多量程電流表，為多量程電流表，R為滑為滑 動變阻動變阻器，器，Rx為待測稀鹽水溶液液柱。為待測稀鹽水溶液液柱。(1)實驗時，閉合實驗時，閉合K之前將之前將R的滑片的滑片P置于置于_(填填“C”或或“D”) 端；當用端；當用電流表外接法測量電流表外接法測量Rx

20、的阻值時，的阻值時，K1應應置于位置置于位置_(填填“1”或或“2”)。 考點考點3 3 實驗拓展創(chuàng)新實驗拓展創(chuàng)新D1(2)在一定條件下，用電流表內(nèi)、外接法得到在一定條件下，用電流表內(nèi)、外接法得到Rx的的電阻率隨濃度變化的兩條曲線如圖所示電阻率隨濃度變化的兩條曲線如圖所示(不計由于不計由于通電導致的化學變化通電導致的化學變化)，實驗中，實驗中Rx的通電面積為的通電面積為20 cm2，長度為，長度為20 cm，用內(nèi)接法測量，用內(nèi)接法測量Rx的阻值是的阻值是3 500 ，則其電阻率為，則其電阻率為 _ m，由圖中對應曲，由圖中對應曲線線_(填填“1”或或 “2”)可得此時溶可得此時溶液濃度約為液濃度約為 _ %(結(jié)果保留兩位結(jié)果保留兩位有效數(shù)字有效數(shù)字)。0.0110.014間的數(shù)據(jù)間的數(shù)據(jù)351 【解析解析】(1)滑動變阻器是分壓作用，為滑動變阻器是分壓作用，為保護儀表，開始滑片保護儀表，開始滑片P置于置于D端，電流表外端，電流表外接法測接法測Rx阻值時，阻值時，K1應置于應置于1位置。位置。 (2)由由Rx= L/S得，得， =RxS/L=(350020104)/(20102) m=35 m。 因