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实验测定金属的电阻率(同时练习使用螺旋测微器)第二章恒定电流一、实验目的1．掌握螺旋测微器原理及读数方法．2．进一步熟练电流表、电压表的使用及伏安法测电阻．3．测定金属的电阻率．二、实验原理用毫米刻度尺测一段金属导线的长度l，用螺旋测微器测出金属导线的直径d算出横截面积S＝πd24，用伏安法(因金属导线电阻较小，采用外接法)测导线的电阻R，用R＝ρlS的变形式ρ＝RSl＝πd2R4l求电阻率．实验原理图三、实验器材螺旋测微器、毫米刻度尺、电压表、电流表、滑动变阻器、电池组、开关及导线、被测金属导线．附：螺旋测微器、游标卡尺的使用1．螺旋测微器的构造原理及读数(1)螺旋测微器的构造如图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．(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(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)如图所示，固定刻度示数为2.0mm，不足半毫米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．游标卡尺的构造原理和读数(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.常见的游标卡尺的游标尺上小等分刻度有10个的、20个的、50个的，见下表：刻度格数(分度)刻度总长度(mm)每小格与1mm的差值(mm)精确度(可精确到)(mm)1090.10.120190.050.0550490.020.02(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.四、实验步骤1．用毫米刻度尺测量接入电路的金属导线长度l，反复测量三次，并记录．2．用螺旋测微器在导线的三个不同位置上各测一次，并记录．测量次数123平均值金属导线长l/m金属导线直径d/m3.依照实验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．电路经检查确认无误后，闭合开关S.改变滑动变阻器滑动触头的位置，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.测量次数123电阻平均值电压U/V电流I/A电阻Rx/Ω5.拆除实验电路，整理好实验器材．五、数据处理1．电阻R的测量值确定(1)平均值法：可以用每次测量的U、I分别计算出电阻，再求出电阻的平均值，作为测量结果．(2)图象法：可建立U－I坐标系，将测量的对应U、I值描点作出图象，利用图象斜率来求出电阻值R.2．电阻率的计算将测得的R、l、d的值，代入电阻率计算公式ρ＝RSl＝πd2R4l中，计算出金属导线的电阻率．六、注意事项1．为了方便，应在金属导线连入电路前测导线直径，为了准确，应测量拉直悬空的连入电路的导线的有效长度，且各测量三次，取平均值．2．测量电路应选用电流表外接法，且测电阻时，电流不宜过大，通电时间不宜太长，因为电阻率随温度而改变．3．为准确求出R的平均值，应多测几组U、I数值，然后采用U－I图象法求出电阻．4．滑动变阻器用限流式接法就可以满足该实验的要求．七、误差分析1．金属丝直径、长度的测量带来误差．2．电流表外接法，R测R真导致ρ测ρ真．3．通电时间过长，电流过大，导致电阻率发生变化．实验原理和仪器读数(2019·西安中学期末)(1)某实验小组在“测定金属电阻率”的实验过程中，正确操作获得金属丝的直径以及电流表、电压表的读数如图甲、乙、丙所示，(已知电流表选0.6A量程，电压表选3V量程)，则它们的读数值依次是__________mm、____________A、__________V。(2)已知实验中所用的电流表内阻约几欧，电压表内阻约20kΩ，则本实验电路应当采用图丁中的________(填“A”或“B”)，用此电路测量的金属丝电阻比真实值偏________(选填“大”或“小”)．(3)若测得电流为I、电压为U，金属丝的长度为L，直径为d，则该金属丝的电阻率ρ＝________(用题中字母代号表示)．[解析](1)螺旋测微器的读数为d＝0.5mm＋2.6×0.01mm＝0.526mm；电流表的读数为I＝0.42A；电压表的读数为U＝2.25V；(2)根据题意，待测电阻阻值远小于电压表内阻，故电流表应用外接法，故电路图A为应当采用的最佳电路．此电路中，由于电压表的分流作用，故测量的金属丝电阻比真实值偏小；(3)根据欧姆定律R＝UI，则金属丝电阻为R＝ρL14πd2解得：ρ＝πd2U4IL.[答案](1)0.5260.422.25(2)A小(3)πd2U4IL螺旋测微器读数的两点注意(1)以毫米为单位时，小数点后面要有三位有效数字，特别是最后一位估读数字为零时，不能省略．(2)在读数时注意半毫米刻度线是否已露出．器材选择和电路设计在测量金属丝电阻率的实验中，可供选用的器材如下：待测金属丝：Rx(阻值约4Ω，额定电流约0.5A)；电压表：V(量程3V，内阻约3kΩ)；电流表：A1(量程0.6A，内阻约0.2Ω)；A2(量程3A，内阻约0.05Ω)；电源：E1(电动势3V，内阻不计)；E2(电动势12V，内阻不计)；滑动变阻器：R(最大阻值约20Ω)；螺旋测微器；毫米刻度尺；开关S；导线．(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图所示，读数为________mm.(2)若滑动变阻器采用限流接法，为使测量尽量精确，电流表应选________、电源应选________(均填器材代号)，在下面虚线框中完成电路原理图．[解析](1)金属丝的直径：d＝1.5mm＋0.01×27.5mm＝1.775mm.(2)由于金属丝的额定电流约为0.5A，即电路中的电流较小，应选用量程较小的电流表A1.由于金属丝两端电压最大约2V(U＝0.5×4V＝2V)，应选用电动势为3V的电源E1.由于金属丝电阻较小，为减小误差，实验中应采用电流表的外接法，电路图如图所示．[答案](1)1.775(1.773～1.777均正确)(2)A1E1电路图见解析图伏安法测电阻时仪器的选择(1)电压表和电流表的选择可参考的数据有：①电阻或小灯泡的额定电压、额定电流．②电源电动势E和电路的最大电流Im＝ERx.③实验表格或实验图象的电压和电流．(2)滑动变阻器的选择方法：用限流式接法时一般滑动变阻器的最大阻值R与待测电阻Rx相差不大或R略大于Rx，都能满足测多组数据的要求；当用分压式接法时，滑动变阻器一般选阻值小的，滑动变阻器的阻值越小，越方便调节．