实验(二)测定金属的电阻率

复习提问：(1)电流表“内接法”与“外接法”比较电流表原理图测量值与真实值关系测量结果内接法外接法真测xRIIxxRRAUUUU测真测xRUUxxRRVIIII测xARRIUR测测测测量值偏大真测测测xRIUR测量值偏小选取原则：外接法内接法；,,22VAxVAxRRRRRR(2)滑动变阻器限流式和分压式的比较(假设内阻r=0)两种接法电路图滑动电阻使用特点负载Rx上电压调节范围负载Rx上电流调节范围限流式只使用aP段.Pb段无电流通过分压式aP段和Pb段均有电流通过0≤Ux≤E0xxRERRxUE0xxEIRRxER0xxEIR(3)限流式和分压式的选择①如果滑动变阻器的额定电流够用，在下列三种情况下必须采用分压接法：a.用电器的电压或电流要求从零开始连续可调.b.要求用电器的电压或电流变化范围大，但滑动变阻器的阻值小.c.采用限流接法时限制不住电表超量程，用电器超额定值.②若Rx比RP小得多，则选择限流；若Rx与RP接近，则分压、限流都可以；若Rx比RP大得多，则选择分压.实验:测量电阻之二测定金属丝的电阻率一、螺旋测微器1.构造如图8-5-1所示是常用的螺旋测微器，它的测砧A和固定刻度G固定在框架F上，旋钮K、微调旋钮K′和可动刻度H，测微螺杆P连在一起，通过精密螺纹套在G上.2.原理精密螺纹的螺距是0.5mm，即K每旋转一周，P前进或后退0.5mm，可动刻度分成50等份，每一等份表示0.01mm，即可动刻度每转过一等份，P前进或后退0.01mm.因此，从可动刻度旋转了多少个等份就知道长度变化了多少个0.01mm.用它测量长度，可以精确到mm，还可以估读到0.001mm(即毫米的千分位)，因此螺旋测微器又称为千分尺.0.013.读数方法先从固定刻度G上读出半毫米整数倍的部分，不足半毫米的部分由可动刻度读出，即看可动刻度上的第几条刻度线与固定刻度线上的横线重合，从而读出可动刻度示数(注意估读).即有：测量长度=固定刻度示数+可动刻度示数×精确度.(注意单位为mm)如图8-5-2所示，不足半毫米而从可动刻度上读的示数为15.5格，最后的读数为：2.0mm+15.5×0.01mm=2.155mm.4.注意事项(1)测量前须校对零点：先使小砧A与测微螺杆P并拢，观察可动刻度的零刻度线与固定刻度的轴向线是否重合，以及可动刻度的边缘与固定刻度的零刻度线是否重合，否则应加以修正.(2)读数时，除注意观察毫米整数刻度线外，还要特别注意半毫米刻度线是否露出.螺旋测微器要估读，以毫米为单位时要保留到小数点后第三位.(3)测量时，当螺杆P快要接触被测物体时，要停止使用粗调旋钮K，改用微调旋钮K′，当听到“咔、咔”响声时，停止转动微调旋钮K′，并拧紧固定旋钮.这样做既可保护仪器，又能保证测量结果的准确性.2．游标卡尺(1)构造：主尺、游标尺(主尺和游标尺上各有一个内外测量爪)、游标尺上还有一个深度尺，尺身上还有一个紧固螺钉。(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1mm。刻度格数(分度)刻度总长度每小格与主尺一小格的差值精确度(可准确到)109mm0.1mm0.1mm2019mm0.05mm0.05mm5049mm0.02mm0.02mm(4)读数：若用x表示由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线对齐的游标的格数，则记录结果表达为(x＋K×精确度)mm。1.实验目的(1)学会使用各种常用电学仪器，会正确读数.(2)学会使用螺旋测微器并掌握正确读数方法.(3)学会用伏安法测量电阻的阻值，测定出金属的电阻率.(4)学会选择滑动变阻器的连接方式(分压、限流).实验：测量金属丝的电阻率2.实验原理用毫米刻度尺测一段金属丝导线的长度L，用螺旋测微器测导线的直径d，用伏安法测导线的电阻R，由，得3.实验器材待测金属丝、米尺、螺旋测微器、电压表、电流表、直流电源、开关、滑动变阻器和导线若干.LRS2π·4RSdRLL4.实验步骤(1)用螺旋测微器在导线的三个不同位置上各测一次，取直径d的平均值.(2)将金属丝两端固定在接线柱上悬空挂直，用毫米刻度尺测量接入电路的金属丝长度(即有效长度)，反复测量三次，求出平均值L.(3)选择恰当的器材，依照图中所示的电路图用导线把器材连好，并把滑动变阻器的阻值调至最大.(4)电路经检查无误后，闭合开关S，改变滑动变阻器滑动片的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值，记入记录表格内，断开开关S，求出电阻R的平均值.(5)将测得R、L、d的值，代入电阻率计算公式计算出金属丝的电阻率.(6)整理好实验器材，实验结束.2π·4RSdRLL5.注意事项(1)本实验中待测金属导线的电阻值较小，为了减小实验的系统误差，必须采用电流表外接法；(2)测量待测金属导线的有效长度，是指测量待测导线接入电路的两个端点之间的长度，即电压表两并入点间的部分待测导线长度，测量时应将导线拉直；(3)闭合开关S之前，一定要使滑动变阻器的滑动片处在有效电阻值最大的位置；(4)在用伏安法测电阻时，通过待测导线的电流的值不宜过大(电流表用0~0.6A量程)，通电时间不宜过长，以免金属导线的温度过高，造成其电阻率在实验过程中增大.主题(1)螺旋测微器的读数1.在“测定金属的电阻率”的实验中，用螺旋测微器测量金属丝直径时的刻度位置如图8-3-1所示，用米尺测量金属丝的长度l=0.810m.金属丝的电阻大约为4Ω，先用伏安法测出金属丝的电阻为Rx=4.1Ω，从图中读出金属丝的直径为mm，然后根据电阻定律计算出该金属材料的电阻率为Ω·m.±0.1)×10-6(0.520±0.002)(1.1解析：金属丝的直径根据图中可读出(0.520±0.002)mm根据电阻定律，可得=(1.1±0.1)×10-6Ω·mlRS2π4dRxl螺旋测微器的使用螺旋测微器是高考中常见的一种测量仪器.螺旋测微器的读数是由固定刻度的读数(大于0.5mm部分)+可动刻度的读数(小于0.5mm部分)，读数要有估算值.2.有一个电阻Rx，其阻值大约是25kΩ，可供选择的器材是：电流表A1(0～100μA，2kΩ)电流表A2(0～500μA，300Ω)电压表V1(0～10V，100kΩ)电压表V2(0～50V，500kΩ)直流稳压电源E(15V，1A)滑动变阻器R(1kΩ，1W)电键K和若干根导线.为了测出Rx的电阻，试选择适当的器材，选取适当的电路，使测量尽可能准确，并画出电路图.主题(2)实验器材和测量电路的选择解析：(1)若滑动变阻器用限流接法，电路中的最小电流为，超过两表的量程，因此滑动变阻器必须用分压式接法.若电压表选V2(50V)，则电源电压15V不足其量程的1／3，所以电压表应选V1(10V).由于用分压式接法时，电阻Rx中的最大电流为，所以电流表选A2(500μA).min15V577A26kImax10V25kI400A(2)安培表内接法和外接法的选择：因为Rx=25kΩRA=300Ω，所以采用安培表内接法.归纳：仪器选择一般考虑三方面的因素：(1)安全因素：如通过电源、电阻、电流表、电压表的电流不超过允许的额定电流；(2)误差因素：如选用电表量程应考虑尽量减小测量值的相对误差，电压表、电流表在使用时，要用尽可能使指针接近满刻度的量程，其指针应偏转到满刻度的2／3左右，即在量程符合要求的情况下选择量程小的，则偏角变大；(3)便于操作：如选用滑动变阻器应考虑对外供电电压的变化范围既能满足实验要求，又便于调节，滑动变阻器调节时应用到大部分电阻线.2.在用伏安法测定金属丝的电阻时，除待测电阻丝外，还有如下供选择的实验器材：A.直流电源：电动势约4.5V，内阻很小；B.电流表A1：量程0～0.6A，内阻0.125Ω；C.电流表A2：量程0～3.0A，内阻0.025Ω；D.电压表V：量程0～4V，内阻3kΩ；E.滑动变阻器R1：最大阻值10Ω；F.滑动变阻器R2：最大阻值50Ω；G.开关、导线等.(1)在可供选择的器材中，应该选用的电流表是，应该选用的滑动变阻器是.(2)根据所选的器材，在如图所示的方框中画出实验电路图.R1A14.测电阻的新方法：1.安安法测电阻A2A1．．．．．A2A1Rx．．．．．电流表的创新使用－－测电压．条件：已知电流表A2的内阻,将A2看成一个电压表使用．2122IIRIRAx1221IRIRAA没有系统误差根据并联分流进行测量没有系统误差V1v2．．．RxV2v1．．．．．2．“伏伏法”电压表的创新使用－－测电流．2211VVRUUR221VxRUUR条件：已知电压表V2的内阻,将V2看成一个电流表使用．没有系统误差存在系统误差RxV2v1．．．．．2221VxRUUURR0V2v1．．．．．02122RUUURV能否消除？根据串联分压进行测量没有系统误差没有系统误差3.替代法测量电阻实验时先连入某待测电阻，记下电路中电表的读数，然后把待测电阻换成电阻箱，调整电阻箱，使电路中电表的读数与原来一样，这样的电阻箱便是待测电阻的阻值．1.原理2.电路R0·RXA····S1S2ab+R0VS1RX···S2ab··P+用电阻箱和电流表测量用电阻箱和电压表测量主题(3)利用伏安法测电表的内阻3.实验室中现有器材如实物图8-3-2所示，有：电池的电动势约10V，内阻约1Ω；电流表A1，量程10A，内阻r1约为0.2Ω；电流表A2，量程300mA，内阻r2约为5Ω；电流表A3，量程250mA，内阻r3约为5Ω；电阻箱R1，最大阻值999.9Ω，阻值最小改变量为0.1Ω；滑动变阻器R2，最大阻值100Ω；开关S，导线若干.要求用图8-3-3所示的电路测定图中电流表A的内阻.(1)在所给的三个电流表中，可用哪几个精确测出其内阻？(2)在可测的电流表中任选一个作为测量对象，在实物图上连成测量电路.(3)你要读出的物理量是？解析：(1)由电路图可知待测电流表A与电阻箱并联后与接在主干电路上的电流表A′连成一个闭合回路.设流过电流表A的电流为I，流过电阻箱R1的电流为I1，流过电流表A′的电流为I′，根据电流分配关系，得I′=I+I1①对于电流表A和电阻箱R1并联支路，设电阻箱此时电阻值为Rx，有IrA=I1Rx②解①②得③AxIIrRI③式说明待测电流表A的内阻rA的测量精度取决于I、I′－I和Rx的精度，显然，如果用题给电路测电流表A1的内阻，充当A′的电表只能是A2、A3了，而A2、A3的量程分别为300mA和250mA，当A2、A3满偏时，干路电流最大分别为300mA和250mA，而电路中流过A1表的电流比300mA或250mA还小，由此可知电流表A1的指针偏转角度很小，达不到题目要求，故(1)的答案为A2、A3.(2)若测r3，实物图如下图，由③式可得r3=.亦可将A2与A3的位置互换.233xIIRI(3)A2、A3两电流表的读数I2、I3和电阻箱R1的阻值Rx.这是一道高考实验题，它既是测定性实验，也是电学基本仪器使用的实验，它既考查了电流表、电阻箱、滑动变阻器的使用规则及实物连线方式，又考查了电流表读数准确时指针偏转的范围应在刻度盘的～区间里，同时还要求考生用题给电路精确测量出电流表的内阻.1323