高考物理总复习 第7章 第3讲 实验：测定金属的电阻率课件 新人教版

第七章恒定电流第三讲实验：测定金属的电阻率1一、实验目的1．掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法．2．会用伏安法测电阻，并进一步测定金属的电阻率．3．练习使用螺旋测微器．二、实验原理1．游标卡尺的构造、原理及读数(1)构造：(如图)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)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份刻度，它的刻度部分的总长度比主尺上的同样多的小等份刻度少1mm.常见的游标卡尺的游标尺上小等份刻度有10个的、20个的、50个的，见下表：刻度格数(分度)刻度总长度每小格与1mm的差值精确度(可准确到)109mm0.1mm0.1mm2019mm0.05mm0.05mm5049mm0.02mm0.02mm(3)读数：若用L0表示由主尺上读出的整毫米数，x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，则其读数为L＝L0＋kx，其中k为精确度．2．螺旋测微器的构造、原理及读数(1)螺旋测微器的构造如图(甲)所示是常用的螺旋测微器．它的测砧A和固定刻度S固定在尺架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S上．(甲)(2)螺旋测微器的原理测微螺杆P与固定刻度S之间的精密螺纹的螺距为0.5mm，即旋钮K每旋转一周，P前进或后退0.5mm，而可动刻度H上的刻度为50等份，每转动一小格，P前进或后退0.01mm.即螺旋测微器的精确度为0.01mm.读数时估读到毫米的千分位上，因此，螺旋测微器又叫千分尺．(3)读数：测量时被测物体长度的整数毫米数由固定刻度读出，小数部分由可动刻度读出．测量值(mm)＝固定刻度数(mm)(注意半毫米刻度线是否露出)＋可动刻度数(估读一位)×0.01(mm)．3．电阻率的测定原理(1)把金属丝接入电路中，用伏安法测导线的电阻R(R＝UI)．电路原理图如图(乙)所示．(2)用毫米刻度尺量得金属丝接入电路的长度l，用螺旋测微器量得金属丝的直径，算出横截面积S.(3)利用电阻定律R＝ρlS，得金属丝电阻率ρ＝RSl.三、实验器材毫米刻度尺、螺旋测微器、直流电流表和真流电压表、滑动变阻器(阻值范围0～50Ω)、电池组、开关、被测金属丝、导线若干．四、实验步骤1．求导线横截面积S：在准备好的金属丝上三个不同位置用螺旋测微器各测一次直径，求出其平均值d，则横截面积S＝πd24.2．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．按照原理图(如图(乙)所示)连好，用伏安法测电阻的实验电路．(乙)4．把滑动变阻器调到接入电路中的电阻值最大的位置，检查无误后，闭合开关S，改变滑动变阻器滑片的位置，读出几组相应的电流值和电压值记录在表格中，断开S，求出导线电阻Rx的平均值．5．整理仪器．五、数据处理1．在求Rx的平均值时可用两种方法：(1)第一种是用Rx＝UI算出各次的数值，再取平均值．(2)第二种是用U­I图线的斜率求出．2．计算电阻率：将记录的数据Rx、l、d的值，代入电阻率计算公式ρ＝RxSl＝πd2U4lI.六、误差分析1．金属丝直径、长度的测量带来误差．2．电路中电流表及电压表对电阻测量的影响，因为电流表外接，所以R测＜R真，由R＝ρlS，知ρ测＜ρ真．3．通电电流过大，时间过长，致使电阻丝发热，电阻率随之变化带来误差．七、注意事项1．螺旋测微器的使用(1)测量前须校对零点：先使测砧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，不重合时，用存放在螺旋测微器盒中的工具调节，直到完全重合为止．(2)测量时，当测微螺杆P将要接触被测物体时，要停止使用旋钮K，改用微调旋钮K′，以避免P和被测物体间产生过大的压力．这样，既可以保护仪器，又能保证测量结果准确．当听到“咔、咔…”声后，停止转动，即可读数．(3)螺旋测微器应估读一位，即以mm作单位，应读到小数点后面第三位．(4)为防止读出的数据出现差错，可在读数前估计大概读数值，若发现最后读数与开始估计数值相差较大，立即检查出错原因，如半毫米刻度线是否露出．2．测定金属的电阻率(1)为了方便，测量直径应在导线连入电路前进行，为了准确测量金属丝的长度，应该在连入电路之后在拉直的情况下进行，测量待测导线接入电路的两个端点之间的长度．(2)本实验中被测金属丝的电阻值较小，故须采用电流表外接法．(3)开关S闭合前，滑动变阻器的阻值要调至最大．(4)电流不宜太大(电流表用0～0.6A量程)，通电时间不宜太长，以免金属丝温度升高，导致电阻率在实验过程中变大．(5)实验连线时，应先从电源的正极出发，依次将电源、开关、电流表、待测金属丝、滑动变阻器连成干路，然后再把电压表并联在待测金属丝的两端．(1)如图1所示的三把游标卡尺，它们的游标尺自左至右分别为9mm长10等分、19mm长20等分、49mm长50等分，它们的读数依次为________mm，________mm，________mm.(2)使用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图2所示，则金属丝的直径是________mm.(3)①图3甲用0.6A量程时，对应刻度盘上每一小格代表________A，表针的示数是________A；当使用3A量程时，对应刻度盘上每一小格代表________A，图中表针示数为________A.②图3乙使用较小量程时，每小格表示________V，图中指针的示数为________V．若使用的是较大量程，则这时表盘刻度每小格表示________V，图中表针指示的是________V.(4)旋钮式电阻箱如图4所示，电流从接线柱A流入，从B流出，则接入电路的电阻为__________Ω.今欲将接入电路的电阻改为2087Ω，最简单的操作方法是__________．若用两个这样的电阻箱，则可得到的电阻值范围为________．图4解析：(1)最上面图读数：整毫米是17，不足1毫米数是7×0.1mm＝0.7mm，最后结果是17mm＋0.7mm＝17.7mm.中间图读数：整毫米是23，不足1毫米数是17×0.05mm＝0.85mm，最后结果是23mm＋0.85mm＝23.85mm.最下面图读数：整毫米是3，不足1毫米数是5×0.02mm＝0.10mm，最后结果是3mm＋0.10mm＝3.10mm.(2)固定刻度示数为2.0mm，不足半毫米的从可动刻度上读的示数为15.0，最后的读数为：2.0mm＋15.0×0.01mm＝2.150mm.(3)①使用0.6A量程时，刻度盘上的每一小格为0.02A，指针的示数为0.44A；当换用3A量程时，每一小格为0.1A，指针示数为2.20A.②电压表使用3V量程时，每小格表示0.1V，指针示数为1.70V；使用15V量程时，每小格为0.5V，指针示数为8.5V.(4)电阻为1987Ω.最简单的操作方法是将“×1k”旋钮调到2，再将“×100”旋钮调到0.每个电阻箱的最大阻值是9999Ω，用这样两个电阻箱串联可得到的最大电阻2×9999Ω＝19998Ω.故两个这样的电阻箱，则可得到的电阻值范围为0～19998Ω.答案：(1)17.723.853.10(2)2150(3)①0.020.440.12.20②0.11.700.58.5(4)1987将“×1k”旋钮调到2，再将“×100”旋钮调到00～19998Ω在“测定金属丝的电阻率”的实验中，待测金属丝的电阻Rx约为5Ω，实验室备有下列实验器材：A．电压表V1(量程3V，内阻约为15kΩ)B．电压表V2(量程15V，内阻约为75kΩ)C．电流表A1(量程3A，内阻约为0.2Ω)D．电流表A2(量程600mA，内阻约为1Ω)E．滑动变阻器R1(0～100Ω，0.6A)F．滑动变阻器R2(0～2000Ω，0.1A)G．电池E(电动势为3V，内阻约为0.3Ω)H．开关S，导线若干(1)为提高实验精确度，减小实验误差，应选用的实验器材有________．(2)为减小实验误差，应选用图1中________[选填“甲”或“乙”]为该实验的电路图，并按所选择的电路图把实物图(如图丙)用导线连接起来．(3)若用刻度尺测得金属丝长度为60.00cm，用螺旋测微器测得金属丝的直径为0.635mm，两电表的示数分别如图2所示，则电阻值为________Ω，电阻率为________．解析：(1)由电池E的电动势可判断电压表选V1，结合Rx粗略计算电流在600mA内，故电流表选A2，由Rx确定变阻器选R1.(2)因RV≫Rx，电流表应外接，故选图乙．(3)电压表示数为1.20V，电流表示数为0.50A.Rx＝UI＝1.200.50Ω＝2.40Ω由Rx＝ρLS得ρ＝RxSL＝2.40×π0.63522×10－660.00×10－2Ω·m＝1.27×10－6Ω·m.答案：(1)A、D、E、G、H(2)乙实物连接图如图所示(2)2.401.27×10－6Ω·m碳膜电阻是在绝缘介质骨架上镀一层碳膜．已知某碳膜电阻阻值约为10Ω，其结构如图所示，现通过实验测定碳膜厚度，备用器材如下：A．电流表(量程0～0.6A，内阻约0.2Ω)B．电流表(量程0～3A，内阻约0.03Ω)C．电压表(量程0～3V，内阻约30kΩ)D．电压表(量程0～15V，内阻约150kΩ)E．滑动变阻器(最大值为2Ω)F．滑动变阻器(最大值为20Ω)G．滑动变阻器(最大值为200Ω)H．学生电源(4V)I．螺旋测微器J．游标卡尺实验主要步骤：(1)用伏安法较准确地测量电阻的阻值．电流表选________，电压表选________，滑动变阻器选________．(填标号)(2)在虚框中画出电路图(3)若测得电阻值为R，该材料的电阻率为ρ，则碳膜厚度的表达式为：d＝________(用R、D、L、ρ表示)．解析：(1)电源电动势为4V，故电压表选用0～3V的C；电路中最大电流为Im＝UmRx＝3V10Ω＝0.3A，故电流表选用0～0.6A的A；可采用限流法接入滑动变阻器，其所需最大阻值为Rm＝Um12Im＝3V0.15A＝20Ω，故选用20Ω的F.(2)被测电阻为小电阻，故电路采用电流表外接法；电路无特殊要求，可采用限流法接入滑动变阻器．电路如图所示．(3)由电阻定律有：R＝ρLS，得：S＝ρLR，由于膜很薄，故可将其截面看成是矩形，其宽即为膜厚度，由几何关系得：d＝SπD＝ρLπRD.答案：(1)ACF(2)电路如解析图所示(3)ρLπRD