113實驗：導(dǎo)體電阻率的測量(人教版新教材)高中物理必修三【知識點+練習(xí)】

43試驗：導(dǎo)體電阻率的測量學(xué)問點一游標(biāo)卡尺和螺旋測微器(千分尺)游標(biāo)卡尺構(gòu)造和原理如圖：分類和讀數(shù)：100.9mm，比主尺上相鄰兩個刻度間的0.1mm.0.10.10.1mm.20分度的游標(biāo)卡尺．游標(biāo)上相鄰兩個刻度間的距離為0.95mm，比主尺上相鄰兩個刻度間距離小0.05mm.讀數(shù)時先從主尺上讀出厘米數(shù)和毫米數(shù)，然后用游標(biāo)讀出毫米以下的數(shù)值：游標(biāo)的第0.050.05mm.500.98mm，比主尺上相鄰兩個刻度間距離小0.02mm.這種卡尺的刻度是特別的，游標(biāo)上的刻度值，就是毫米以下的讀數(shù)．這種卡尺的讀0.02mm.螺旋測微器1．構(gòu)造：如圖原理和讀數(shù)：固定刻度上的最小刻度為0.5mm(在中線的上側(cè))；可動刻度每旋轉(zhuǎn)一圈前進(jìn)(或后退)0.5mm.500.01mm.讀數(shù)時，從固定刻度上讀取整、半毫米數(shù)，然后從可動刻度上讀取剩余局部(由于是10分度，所以在最小刻度后應(yīng)再估讀一位)，再把兩局部讀數(shù)相加，得測量值．留意：(1)mm為單位．(2)可動刻度要估讀，小數(shù)點后應(yīng)保存三位有效數(shù)字．學(xué)問點二測量導(dǎo)體的電阻率【試驗?zāi)康摹繉W(xué)會用伏安法測量電阻的阻值．測定金屬的電阻率．【試驗原理】LdR，RS πd2Rρ＝L＝4L.【試驗器材】金屬絲、千分尺、安培表、伏特表、電源(3V)、滑動變阻器(20Ω)、電鍵一個、導(dǎo)線幾根．【試驗步驟】DS

πD2＝4.將金屬絲兩端固定在接線柱上懸空掛直，用毫米刻度米尺測量接入電路的金屬絲長度L，測L.變阻器的阻值調(diào)到最大．IUR再求平均值，D、L、U、I記錄下來．撤除試驗電路，整理好試驗器材．【數(shù)據(jù)處理】計算法：利用每次測量的U、I值分別計算出電阻，再求出電阻的平均值作為測量結(jié)果．I－UU、I值描點作出圖象，利用圖象的斜率來求出電R.【誤差分析】影響更大．儀表量程太大且讀數(shù)不準(zhǔn)．計算未遵從有效數(shù)字運算法則．【留意事項】測量金屬導(dǎo)線的直徑時要用螺旋測微器，直接測量的結(jié)果要估讀下一位數(shù)字．外接法，開頭試驗時滑動變阻器在電路中的阻值應(yīng)調(diào)至最大，試驗過程中通過金屬導(dǎo)線的電流不宜過大，以防止溫度上升電阻率發(fā)生變化．【例1電阻，用螺旋測微器測量該圓柱體的直徑，用游標(biāo)卡尺測量該圓柱體的長度．螺旋測微器和游標(biāo)卡尺的示數(shù)如圖甲和圖乙所示．圖甲 圖乙由圖甲讀得圓柱體的直徑為 mm，由圖乙讀得圓柱體的長度為 cm.假設(shè)流經(jīng)圓柱體的電流為I，圓柱體兩端之間的電壓為U，圓柱體的直徑和長度分別用D、L表示，則用D、L、I、U表示的電阻率的關(guān)系式為ρ＝ ．2】試驗室購置了一捆標(biāo)稱長度為100m同學(xué)首先測得導(dǎo)線橫截面積為1.021.7×18Rx，從而確定導(dǎo)線的實際長度．可供使用的器材有：0～0.6A可供使用的器材有：0～0.6A0.2Ω；0～3V，內(nèi)阻約9kΩ；R5Ω；R20Ω；1定值電阻：R＝3Ω；20答復(fù)以下問題：試驗中滑動變阻器應(yīng)選 (選填“R1”或“R2”)，閉合開關(guān)S前應(yīng)將滑片移至 端(選填“a”或“b”)．在如下圖的實物圖中，已正確連接了局部導(dǎo)線，請依據(jù)圖甲電路完成剩余局部的連接．調(diào)整滑動變阻器，當(dāng)電流表的讀數(shù)為0.50A時，電壓表示數(shù)如圖乙所示，讀數(shù)為 (4)導(dǎo)線實際長度為 m(結(jié)果保存兩位有效數(shù)字)．隨堂練習(xí)在“測定金屬的電阻率”的試驗中，以下說法中正確的選項是( )A．用伏安法測金屬絲的電阻時，可承受電流表內(nèi)接法B．試驗中應(yīng)調(diào)整滑動變阻器，取得多組U和I的值，然后求出電阻平均值C．應(yīng)選用毫米刻度尺測整根金屬絲的長度三次，然后求出長度平均值D．試驗中電流強度大小可不加要求2．(多項選擇)在“測定金屬的電阻率”試驗中，關(guān)于誤差的以下說法中正確的選項是( )電流表承受外接法，將會使ρ >ρ測 真電流表承受外接法，由于電壓表的并聯(lián)引起了金屬絲分壓的減小而引起測量誤差4IlP＝πd2UI、d、U、lρ的測量誤差4Il4Ilρ＝πd2U可知對試驗結(jié)果準(zhǔn)確性影響最大的是直徑d的測量4Il圖1中游標(biāo)卡尺顯示的測量長度是 mm；圖2螺旋測微器顯示的測量長度為 mm.圖1 圖2某同學(xué)要測量一均勻材料制成的圓柱體的長度和直徑，步驟如下：用游標(biāo)為20分度的卡尺測量其長度如圖1，由圖可知其長度為 mm；12用螺旋測微器測量其直徑如圖2，由圖可知其直徑為 mm.5．某同學(xué)用螺旋測微器在測定某一金屬絲的直徑時，測得的結(jié)果如圖1所示，則該金屬絲的直徑d＝ mm.另一位同學(xué)用游標(biāo)卡尺上標(biāo)有20等分刻度的游標(biāo)卡尺測一工件的長度，測得的結(jié)果如圖2所示，則該工件的長度L＝ cm.12在“測定金屬的電阻率”的試驗中，用螺旋測微器測量金屬絲直徑時的刻度位置如下圖，用L，金屬絲的電阻大約為5Ω，先用伏安法測出金屬絲的電阻R，然后依據(jù)電阻定律計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.②為此取兩節(jié)的干電池、電鍵和假設(shè)干導(dǎo)線及以下器材：0～3V10kΩ0～15V50kΩ0～0.6A0.05kΩ0～3A0.01ΩE．滑動變阻器，0～10ΩF．滑動變阻器，0～100Ω要求較準(zhǔn)確地測出其阻值，應(yīng)選用的器材有 (只填代號)．欲用伏安法測定一段阻值約為5Ω左右的金屬導(dǎo)線的電阻，要求測量結(jié)果盡量準(zhǔn)確，現(xiàn)備有以下器材：電池組(3V1Ω)B．電流表(0～3A0.0125Ω)C．電流表(0～0.6A0.125Ω)D．電壓表(0～3V3kΩ)E．電壓表(0～15V，內(nèi)阻約為15kΩ)F．滑動變阻器(0～20Ω1A)H．開關(guān)、導(dǎo)線(1)上述器材中電流表應(yīng)選用的是 電壓表應(yīng)選用的是 (填寫器材的字母代號)．(2)試驗電路應(yīng)承受電流表接法 (填“內(nèi)”或“外”)．某小組進(jìn)展“測定金屬絲電阻率”的試驗．該組同學(xué)想更準(zhǔn)確地測量該金屬絲電阻Rx(約為9Ω)，已經(jīng)選好的器材有：電壓表V1(0～1V10kΩ)電壓表V2(0～3V20kΩ)0定值電阻R＝20Ω0Rx滑動變阻器(0～5Ω)電源(3V，內(nèi)阻很小)導(dǎo)線假設(shè)干，開關(guān)一個為了減小誤差，并盡可能多的測量幾組數(shù)據(jù)，請在方框中畫出測量電路圖．V在某次測量中，假設(shè)電壓表V1讀數(shù)為URx＝ .V

，電壓表1

2U

，則待測金屬絲電阻的表達(dá)式2在“測定金屬導(dǎo)體的電阻率”的試驗中，待測金屬絲的電阻Rx5Ω，試驗室備有以下試驗器材：電壓表V1(0～3V15kΩ)電壓表V2(0～15V75kΩ)電流表A1(0～3A0.2Ω)電流表A2(0～0.6A1Ω)E．變阻器R1(0～100Ω，0.6A)FR2(0～2000Ω，0.1A)GE(3V0.3Ω)H．開關(guān)S，導(dǎo)線假設(shè)干為減小試驗誤差，應(yīng)選用的試驗器材有(填代號) ．為減小試驗誤差應(yīng)選用圖中 (填“甲”或“乙”)為該試驗的電路原理圖并按所選擇的電路原理圖把以下圖中的實物圖用線連接起來．假設(shè)用毫米刻度尺測得金屬絲的長度為60.00cm，用螺旋測微器測得金屬絲的直徑及兩電表的示數(shù)如下圖，則金屬絲的直徑為 mm，電阻值為 Ω.3試驗：導(dǎo)體電阻率的測量【例1】解析：(1)d＝1.5mm＋0.344mm＝1.844mm，依據(jù)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)規(guī)章可讀得圓柱體的長度為l＝42mm＋0.05mm×8＝42.40mm＝4.240cm.L RS U 1 πD2U(2)由電阻定律：R＝ρSρ＝LR＝I，S＝4πD2ρ＝

4IL.πD2U答案：(1)1.844(在1.842～1.846范圍內(nèi)的均正確) 4．240 (2)4IL2】解析：(1)R＝ρl，得銅導(dǎo)線的阻值約為R＝1.7Ω，即R＋R

＝4.7Ω.試驗中的滑動S x x 01Ra3V，假設(shè)滑動變阻器滑片向右1R2.閉合開關(guān)S前應(yīng)使電路中a端．連線如下圖．2.30V.R0

R

U 2.30＝I＝0.50

Ω＝4.6Ω，所以銅導(dǎo)線的電阻R＝R－R

＝1.6Ω.依據(jù)R＝ρl得導(dǎo)線長度l＝RxS＝1.6×1.0×10－61.7×10－8

x m≈94m.

x S ρ答案：(1)R2 a (2)如解析圖所示(3)2.30(2.29～2.31均正確) (4)94(93～95均正確)隨堂練習(xí)1、答案：B2、答案：CD3、解析：1中游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為：2.9cm＝29mm8個刻度和主尺上某一0.1×8mm＝0.8mm.所以最終讀數(shù)為：29mm＋0.8mm＝29.8mm.23mm0.01×19.0mm＝0.190mm，所以最終讀數(shù)3.190mm.答案：29.8 3.1904、解析：50mm0.05×3mm＝0.15mm，所以最終讀數(shù)為50.15mm.4.5mm0.01×20.0mm＝0.200mm，所以4.700mm.答案：(1)50.15 (2)4.7005、解析：3mm0.01×20.4mm＝0.204mm，所以最終讀數(shù)為：3.204mm3.203～3.205mm都正確；游標(biāo)卡尺的固定刻度讀數(shù)為5cm，游標(biāo)讀數(shù)為：0.05×3mm＝0.15mm＝0.015cm5.015cm.答案：3.204(3.203～3.205) 5.015.6、解析：①由圖所示螺旋測微器可知，其示數(shù)為0.5mm＋18.0×0.01mm＝0.680mm，因此金屬0.679～0.681mm.②3V15V，測量讀數(shù)誤差較大，因此電壓表選A；電路最大電流約為I U 3A＝0.6A，電流表應(yīng)選C.＝R＝55Ω，為便利試驗操作滑動變阻器應(yīng)選E.答案：①0.680 ②A、C、E7、解析：伏安法測電阻絲電阻，需要：A、電池組(3V，內(nèi)阻1Ω)；電路最大電流約為：I U＝R＝53A＝0.6A，電流表應(yīng)選：C3V，因此電壓表選：D電壓表．＝5(2)5Ω，電流表內(nèi)阻約為0.125A，電壓表內(nèi)阻約為3kΩ，待測電阻相對于電壓表內(nèi)阻來說很小，故為小電阻，應(yīng)選用電流表外接法．答案：(1)C D (2)外8、解析：(1)利用伏安法測電阻，首先選取試驗儀器，可以把其中一個電壓表作為電流表使用，V2V1改裝成電流表使用，把電壓表V1R0并R10聯(lián)，滿偏電流I＝U1 U1≈0.05A，被測電阻R兩端電壓的最大值U＝IR＝0.45V，遠(yuǎn)小于電壓R10m RV＋

m mxV2量程，故儀器選取不適宜；把電壓表V1V2R0并聯(lián)改裝20成電流表使用，滿偏電流I＝U2 U2≈0.15A，被測電阻R兩端電壓的最大值U＝IR＝1.35V，20m RV＋R

m mx和電壓表V1量程接近，可以使用；為了多測幾組數(shù)據(jù)，削減試驗誤差，選用分壓法組裝電路，電表內(nèi)阻比較大，內(nèi)接、外接對結(jié)果影響不大，電路圖如下圖：(2)

U1 U2 U1RRU依據(jù)歐姆定律得，RRUx

＝，解得Rx＝0

R0.2答案：(1)如解析圖所示

U1(2)UR0(2)UR29、解析：把握本試驗的原理和方法．3VA