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物理实验微讲座3电学实验实验八探究导体电阻与其影响因素(包括材料)的关系01基础储备明确原理02热点实验典例解读03达标检测巩固提能一、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．掌握螺旋测微器的使用方法和读数方法．3．学会利用伏安法测电阻，进一步测出金属丝的电阻率．二、实验原理由R＝ρlS得ρ＝RSl，因此，只要测出金属丝的长度l、横截面积S和金属丝的电阻R，即可求出金属丝的电阻率ρ.三、实验器材被测金属丝、螺旋测微器、毫米刻度尺、电池组、电流表、电压表、滑动变阻器、开关、导线若干．四、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B固定在尺架C上．旋钮D、微调旋钮D′和可动刻度E、测微螺杆F连在一起，通过精密螺纹套在B上．(2)螺旋测微器的原理：测微螺杆F与固定刻度B之间的精密螺纹的螺距为0.5mm，即旋钮D每旋转一周，F前进或后退0.5mm，而可动刻度E上的刻度为50等份，每转动一小格，F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)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(1)构造(如图所示)：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表示由主尺上读出的整毫米数，K表示从游标尺上读出的与主尺上某一刻线对齐的游标格数，则记录结果表达为(x＋K×精确度)mm.五、伏安法测电阻1．电流表的内接法和外接法的比较内接法外接法电路图误差原因电流表分压U测＝Ux＋UA电压表分流I测＝Ix＋IV内接法外接法电阻测量值R测＝U测I测＝Rx＋RA＞Rx，测量值大于真实值R测＝U测I测＝RxRVRx＋RV＜Rx，测量值小于真实值适用条件RA≪RxRV≫Rx适用于测量大阻值电阻小阻值电阻2.两种电路的选择(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．简单概括为“大内偏大，小外偏小”．(2)临界值计算法RxRVRA时，用电流表外接法；RxRVRA时，用电流表内接法．(3)实验试探法：按图所示接好电路，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．六、实验步骤1．直径测定：用螺旋测微器在被测金属导线上的三个不同位置各测一次直径，求出其平均值d，计算出导线的横截面积S＝πd24.2．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导线的有效长度，反复测量3次，求出其平均值l.4．U、I测量：把滑动变阻器的滑动片调节到使接入电路中的电阻值最大的位置，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，记入表格内，断开开关S.5．拆去实验线路，整理好实验器材．七、数据处理1．在求Rx的平均值时可用两种方法(1)用Rx＝UI分别算出各次的数值，再取平均值．(2)用U－I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式ρ＝RxSl＝πd2U4lI.八、注意事项1．本实验中被测金属导线的电阻值较小，因此实验电路一般采用电流表外接法．2．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、待测金属导线、滑动变阻器连成主干线路(闭合电路)，然后再把电压表并联在待测金属导线的两端．3．测量被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，亦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．4．测金属导线直径一定要选三个不同部位进行测量，求其平均值．5．闭合开关S之前，一定要使滑动变阻器的滑片处在有效电阻值最大的位置．6．在用伏安法测电阻时，通过待测导线的电流强度I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明显升高，造成其电阻率在实验过程中逐渐增大．7．求R的平均值时可用两种方法：第一种是用R＝UI算出各次的测量值，再取平均值；第二种是用图象(U－I图线)来求出．若采用图象法，在描点时，要尽量使各点间的距离拉大一些，连线时要尽可能地让各点均匀分布在直线的两侧，个别明显偏离较远的点可以不予考虑．九、误差分析1．金属丝的横截面积是利用直径计算而得，直径的测量是产生误差的主要来源之一．2．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．3．金属丝的长度测量、电流表和电压表的读数等会带来偶然误差．4．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．对实验原理与操作的考查【典题例析】(2020·金华质检)某同学通过实验测定一个阻值约为5Ω的电阻Rx的阻值．(1)现有电源(4V，内阻可不计)、滑动变阻器(0～50Ω，额定电流2A)、开关和导线若干，以及下列电表：A．电流表(0～3A，内阻约0.025Ω)B．电流表(0～0.6A，内阻约0.125Ω)C．电压表(0～3V，内阻约3kΩ)D．电压表(0～15V，内阻约15kΩ)为减小测量误差，在实验中，电流表应选用________，电压表应选用________(选填器材前的字母)；实验电路应采用图中的________(选填“甲”或“乙”)．(2)图丙是测量Rx的实验器材实物图，图中已连接了部分导线．请根据在(1)问中所选的电路图，补充完成图中实物间的连线．(3)接通开关，改变滑动变阻器滑片P的位置，并记录对应的电流表示数I、电压表示数U.某次电表示数如图丁所示，可得该电阻的测量值Rx＝UI＝________Ω(保留两位有效数字)．(4)若在(1)问中选用甲电路，产生误差的主要原因是________；若在(1)问中选用乙电路，产生误差的主要原因是________．(选填选项前的字母)A．电流表测量值小于流经Rx的电流值B．电流表测量值大于流经Rx的电流值C．电压表测量值小于Rx两端的电压值D．电压表测量值大于Rx两端的电压值(5)在不损坏电表的前提下，将滑动变阻器滑片P从一端滑向另一端，随滑片P移动距离x的增加，被测电阻Rx两端的电压U也随之增加，下列反映U－x关系的示意图中正确的是________．[解析](1)电源电动势E＝4V，被测电阻Rx≈5Ω，则Imax＝ERx＝45A＝0.8A，电流表若选A，读数时误差较大，因此电流表应选B；考虑电压表测量电压时的指针转动范围，电压表应选C.由于RARVRx，故电流表应选择外接法(甲图)．(3)题图的电流表示数I＝0.50A，电压表示数U＝2.60V，故Rx＝UI＝5.2Ω.(4)甲电路中产生误差的原因是由于电压表的分流作用，使电流表的示数大于流过Rx的电流，选项B正确；乙电路的误差来源于电流表的分压作用，电压表示数为Rx和电流表的电压之和，选项D正确．(5)x增加，U随之增加，说明变阻器接入电路的电阻R随x的增加而减小．设变阻器的总阻值为R0，滑片P从一端滑向另一端移动的距离为L.忽略电压表、电流表的内阻对电路的影响，则被测电阻Rx两端电压U＝RxRx＋R0－xLR0E＝RxERx＋R0－R0L·x，由这一关系式分析可知，选项A正确．[答案](1)BC甲(2)如图所示(3)5.2(4)BD(5)A(2020·丽水质检)某同学通过实验测量一种合金的电阻率．(1)用螺旋测微器测量合金丝的直径．为防止读数时测微螺杆发生转动，读数前应先旋紧如图甲所示的部件________(选填“A”“B”“C”或“D”)．从图甲中的示数可读出合金丝的直径为________mm.甲乙(2)如图乙所示是测量合金丝电阻的电路，相关器材的规格已在图中标出．合上开关，将滑动变阻器的滑片移到最左端的过程中，发现电压表和电流表的指针只在图示位置发生很小的变化．由此可以推断：电路中________(填图中表示接线柱的数字)之间出现了________(选填“短路”或“断路”).(3)在电路故障被排除后，调节滑动变阻器，读出电压表和电流表的示数分别为2.23V和38mA，由此，该同学算出接入电路部分的合金丝的阻值为58.7Ω.为了更准确地测出合金丝的阻值，在不更换实验器材的条件下，对实验应作怎样的改进？请写出两条建议：①________________________________________________________________________；②________________________________________________________________________.解析：(1)螺旋测微器读数时应先将锁紧装置锁紧，即旋紧B.螺旋测微器的示数为(0＋41.0×0.01)mm＝0.410mm.(2)电压表的示数不为零，电流表的示数几乎为零，说明连接两电表的电路是导通的．而滑动变阻器几乎不起作用，说明线路电阻很大，故可判断7、8、9间断路．(3)由题意知RARx≈0.005RxRV≈0.02，说明电流表的分压作用不显著，故可将电流表改为内接，并测出多组U、I值，求出Rx后，再取平均值作为实验结果．答案：(1)B0.410(2)7、9断路(3)电流表改为内接测量多组电流和电压值，计算出电阻的平均值(或测量多组电流和电压值用图象法求电阻值)对实验数据处理的考查【典题例析】(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图甲所示，读数为________mm.(2)如图乙所示的三把游标卡尺，它们的游标尺从上至下分别为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.(3)①图丙使用0.6A量程时，对应刻度盘上每一小格代表________A，图中表针示数是________A；当使用3A量程时，对应刻度盘中每一小格代表________A，图中表针示数为________A.②图丁使用较小量程时，每小格表示________V，图中表针的示数为__________V．若使用的是较大量程，则这时表盘刻度每小格表示__________V，图中表针示数为________V.(4)旋钮式电阻箱如图戊所示，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，即可得到的电阻值范围为_______________________________．[解析](1)螺旋测微器固定刻度读数为1.5mm，可动刻度读数为27.3×0.01mm＝0.273mm，读数应为：1.5mm＋0.273mm＝1.773mm