2021高考物理一轮复习实验八测定金属的电阻率课件

实验八测定金属的电阻率【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.掌握螺旋测微器和游标卡尺的使用和读数方法。3.会用伏安法测电阻，进一步测定金属的电阻率。【实验原理】1.螺旋测微器：(1)构造：如图，螺旋测微器的测砧A和固定刻度B固定在尺架C上，可动刻度E、旋钮D、微调旋钮D′是与测微螺杆F连在一起的，通过精密螺纹套在B上。(2)原理：螺旋测微器的精密螺纹的螺距是0.5mm，可动刻度有50个等分刻度，可动刻度旋转一周，测微螺杆可前进或后退0.5mm，因此旋转每个小分度，相当于测微螺杆前进或后退mm=0.01mm。可见，可动刻度每一小分度表示0.01mm，所以螺旋测微器可准确到0.01mm。由于还能再估读一位，可读到毫米的千分位，故又名千分尺。0.550(3)读数及注意事项：①固定刻度数字单位是毫米，无数字一端是半毫米。测量时被测物体长度的半毫米数由固定刻度读出，不足半毫米部分由可动刻度读出。②测量值=固定刻度读数(mm)+可动刻度格数(估读一位)×0.01(mm)，最后换算单位。在读固定刻度数时，要注意固定刻度尺上表示半毫米的刻线是否已经露出。看不准时，判断方法是看可动刻度接近0还是50。③可动刻度格数要估读，即使固定刻度的零点正好与可动刻度的某一刻度线对齐，可动刻度格数小数部分要估读为“0”。结果以毫米为单位，千分位有一位估读数字，不能随便丢掉。④如图所示，固定刻度示数为2.0mm，而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。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(如图所示)。(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的总长度少1mm。常见的游标卡尺的游标尺上小等分刻度有10格的、20格的、50格的，其精确度见下表：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(4)读数：若用x表示从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，则记录结果表示为(x+K×精确度)mm。需要注意的是，不管是哪种卡尺，K值均不需要估读。(5)如图所示，有一游标卡尺，主尺的最小分度是1mm，游标上有20个小的等分刻度。用它测量一工件的长度，图示的读数为104mm+0.05×0mm=104.00mm。3.常用电表的读数：对于电压表和电流表的读数问题，首先要弄清电表量程，即指针指到最大刻度时电表允许通过的最大电压或电流值，然后根据表盘总的刻度数确定精确度，按照指针的实际位置进行读数即可。(1)0～3V的电压表和0～3A的电流表读数方法相同，此量程下的精确度是0.1V或0.1A，看清楚指针的实际位置，读到小数点后面两位。(2)对于0～15V量程的电压表，精确度是0.5V，在读数时只要求读到小数点后面一位，即读到0.1V。(3)对于0～0.6A量程的电流表，精确度是0.02A，在读数时只要求读到小数点后面两位，这时要求“半格估读”，即读到最小刻度的一半0.01A。4.电流表、电压表测电阻两种电路接法的比较：5.伏安法测电阻的电路选择：(1)阻值比较法：先将待测电阻的估计值与电压表、电流表内阻进行比较，若Rx较小，宜采用电流表外接法；若Rx较大，宜采用电流表内接法。(2)临界值计算法：Rx时，用电流表外接法；Rx时，用电流表内接法。VARRVARR(3)实验试探法：按图接好电路，让电压表一根接线柱P先后与a、b处接触一下，如果电压表的示数有较大的变化，而电流表的示数变化不大，则可采用电流表外接法；如果电流表的示数有较大的变化，而电压表的示数变化不大，则可采用电流表内接法。6.测定金属的电阻率：(1)把金属丝接入电路中，用伏安法测金属丝的电阻，Rx=，电路原理如图所示。UI(2)用毫米刻度尺测金属丝接入电路部分的长度l，用螺旋测微器测得金属丝的直径d，算出横截面积S=。(3)根据电阻定律R=ρ，得金属丝电阻率ρ=。2d4Sl2dU4Il【实验器材】被测金属丝，直流电源(4V)，电流表(0～0.6A)，电压表(0～3V)，滑动变阻器(50Ω)，开关，导线若干，螺旋测微器，毫米刻度尺。【实验过程】1.直径测定：用螺旋测微器(或游标卡尺)在被测金属丝上的三个不同位置各测一次直径，求出其平均值d，计算出金属丝的横截面积S=。2d42.电路连接：按如图所示的电路原理图连接好用伏安法测电阻的实验电路。3.长度测量：用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属丝的有效长度，反复测量不少于3次，求出其平均值l。4.U、I测量：把滑动变阻器的滑片调节到使接入电路中的电阻值最大位置，电路经检查确认无误后，闭合开关S，改变滑动变阻器滑片位置，读出几组相应的电流表和电压表示数I和U的值，填入表格中，断开开关S。UI5.拆除实验线路，整理好实验器材。【数据处理】1.求Rx：(1)计算法：用Rx=分别算出各次的数值，再取平均值。(2)图象法：画出U-I图象，U-I图象的斜率等于Rx。2.计算电阻率：将记录的数据U、I、l、d的值代入电阻率计算式ρ=Rx=。UISl2dU4Il【误差分析】1.系统误差：(1)采用伏安法测量金属丝的电阻时，由于采用的是电流表外接法，测量值小于真实值，使电阻率的测量值偏小。(2)由于金属丝通电后发热升温，会使金属丝的电阻率变大，造成测量误差。2.偶然误差：(1)金属丝的横截面积是利用直径计算而得到的，直径的测量是产生误差的主要来源之一。(2)金属丝的长度测量、电流表和电压表的读数等均会带来偶然误差。【注意事项】1.螺旋测微器的使用：(1)测量前应校对零点：使测砧A与测微螺杆P并拢，观察可动刻度零刻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线是否重合。(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′，当听到“咔、咔”声时，停止转动，以避免P和被测物体间产生过大的压力。(3)螺旋测微器应估读一位，即以mm作单位，读到小数点后面第三位。2.测定金属的电阻率：(1)测量被测金属导线的有效长度，即电压表两端点间的待测导线长度，测量时应将导线拉直，反复测量三次，求其平均值。(2)闭合开关S之前，一定要使滑动变阻器的滑片处在有效阻值最大的位置。(3)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。