物理同步人教版選修31學案：第二章 實驗：測定金屬的電阻率同時練習使用螺旋測微器 Word版含解析

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1、 實驗：測定金屬的電阻率(同時練習使用螺旋測微器) 一、實驗目的 1．練習伏安法測電阻，并測出金屬絲的電阻率。 2．練習使用螺旋測微器。 二、實驗原理 1．實驗測定金屬電阻率的理論依據(jù)是電阻定律。 2．金屬絲的電阻值可以用伏安法測出。 3．金屬絲的長度應用毫米刻度尺測定，金屬絲的直徑可以用螺旋測微器測定。 4．螺旋測微器的讀數(shù)規(guī)則 測量值＝固定刻度整毫米數(shù)(＋半毫米數(shù))＋可動刻度讀數(shù)(含估讀)×0.01 mm。 三、實驗電路 電流表仍然外接，而滑動變阻器一般采用限流式接法即可，如圖所示。 四、實驗器材 毫米刻度尺、螺旋測微器、直流電流表、直流電壓表、滑動變阻

2、器(0～50 Ω)、電池組、開關(guān)、導線、待測金屬絲等。 五、實驗步驟 1．用毫米刻度尺測量接入電路的金屬絲長度l，反復測量三次，并記錄。 2．用螺旋測微器在導線的三個不同位置上各測一次，并記錄。 測量次數(shù) 1 2 3 平均值 金屬絲長l/m 金屬絲直徑d/m 3.依照實驗電路圖用導線把器材連好，并把滑動變阻器的阻值調(diào)至最大。 4．電路經(jīng)檢查確認無誤后，閉合開關(guān)S。改變滑動變阻器滑動觸頭的位置，讀出幾組相應的電流表、電壓表的示數(shù)I和U的值，記入記錄表格內(nèi)，斷開開關(guān)S。 測量次數(shù) 1 2 3 電阻平均值 電壓U/V

3、 電流I/A 電阻Rx/Ω 5.拆除實驗電路，整理好實驗器材。 六、數(shù)據(jù)處理 1．金屬絲直徑的測量 (1)特別注意半刻度是否露出。 (2)因螺旋測微器的精確度為0.01 mm，可動刻度上對齊的格數(shù)需要估讀，所以，若以毫米為單位的話，最后一位應出現(xiàn)在小數(shù)點后的第三位上。 (3)把三個不同位置的測量結(jié)果求平均值作為直徑d。 2．金屬絲長度的測量 (1)應測量接入電路中的有效長度。(也要估讀) (2)把3次測量結(jié)果求平均值作為長度l。 3．電阻R的測量 (1)平均值法：可以用每次測量的U、I分別計算出電阻，再求出電阻的平均值，作為測量結(jié)果。 (2

4、)圖像法：可建立U-I坐標系，將測量的對應U、I值描點作出圖像，利用圖像斜率來求出電阻值R。 4．電阻率的計算 將測得的R、l、d的值，代入電阻率計算公式ρ＝＝中，計算出金屬導線的電阻率。 七、誤差分析 1．金屬絲直徑、長度的測量帶來偶然誤差。 2．電流表外接法，R測

5、長，因為電阻率隨溫度而改變。 3．為準確求出R的平均值，應多測幾組U、I數(shù)值，然后采用U-I圖像法求出電阻。 4．滑動變阻器用限流式接法就可以滿足該實驗的要求。 [例1]　在“測定金屬的電阻率”的實驗中， (1)某同學用螺旋測微器測金屬絲直徑時，測得結(jié)果如圖甲所示，則該金屬絲的直徑為________mm。 (2)用量程為3 V的電壓表和量程為0.6 A的電流表測金屬絲的電壓和電流時讀數(shù)如圖乙所示，則電壓表的讀數(shù)為________V，電流表的讀數(shù)為________A。 (3)用米尺測量金屬絲的長度L＝0.810 m。利用以上測量數(shù)據(jù)，可得這種材料的電阻率為________Ω

6、·m(保留兩位有效數(shù)字)。 [解析]　(1)螺旋測微器的讀數(shù)為：d＝2.5 mm＋43.5×0.01 mm＝2.935 mm。 (2)因電壓表的每小格讀數(shù)為0.1 V，所以應估讀到0.01 V，所以電壓表的讀數(shù)為：U＝2.60 V；同理，電流表的每小格讀數(shù)為0.02 A，應估讀到0.01 A，所以電流表的讀數(shù)為：I＝0.52 A。 (3)根據(jù)R＝ρ得：ρ＝＝ 帶入數(shù)據(jù)得：ρ＝4.2×10－5Ω·m。 [答案]　(1)2.935　(2)2.60　0.52　(3)4.2×10－5 [例2]　某同學為了測量某阻值約為5 Ω的金屬棒的電阻率，進行了如下操作： (1)分別使用10分度游標卡

7、尺和螺旋測微器測量金屬棒的長度L和直徑d，某次測量的示數(shù)如圖1和圖2所示，長度L＝________mm，直徑d＝________mm。 (2)現(xiàn)備有下列器材： 待測金屬棒Rx(阻值約為5 Ω)； 電壓表V1(量程3 V，內(nèi)阻約3 kΩ)； 電壓表V2(量程15 V，內(nèi)阻約9 kΩ)； 電流表 A1(量程0.6 A，內(nèi)阻約為0.2 Ω)； 電流表A2(量程3 A，內(nèi)阻約為0.05 Ω)； 電源E(電動勢3 V，內(nèi)阻不計)； 滑動變阻器R1(最大阻值約為20 Ω)； 滑動變阻器R2(最大阻值約為1 000 Ω)； 開關(guān)S；導線若干。 若滑動變阻器采用限流接法，為使測量盡量

8、精確，電壓表應選_______，電流表應選______，滑動變阻器應選______(均選填器材代號)。正確選擇儀器后請在圖3中用筆畫線代替導線，完成實物電路的連接。用伏安法測得該電阻的電壓和電流，并作出其伏安特性曲線如圖4所示，若圖像的斜率為k，則該金屬棒的電阻率ρ＝________(用題中所給各個量的對應字母進行表述)。 [解析]　(1)游標卡尺主尺示數(shù)與游標尺示數(shù)之和是游標卡尺的示數(shù)，故長度L＝23 mm＋5×0.1 mm＝23.5 mm；d＝6.5 mm＋0.01 mm×21.3＝6.713 mm。 (2)電源電動勢為3 V，故電壓表用V1；由于被測電阻約為5 Ω，故電流表用A

9、1；滑動變阻器選R1；題目中已說明滑動變阻器采用限流接法，＝＝25，＝＝600，由于＜，則電流表使用外接法，實物連接圖如圖所示。 UI圖像的斜率的物理意義為被測電阻的阻值，即k＝R，結(jié)合電阻定律可得金屬棒的電阻率表達式為ρ＝。 [答案]　(1)23.5　6.713　(2)V1　A1　R1　 1．[多選]在“測定金屬的電阻率”的實驗中，以下操作中錯誤的是(　　) A．用米尺測量金屬絲的全長，且測量三次，算出其平均值，然后再將金屬絲接入電路中 B．用螺旋測微器在金屬絲三個不同部位各測量一次直徑，算出其平均值 C．用伏安法測電阻時采用電流表內(nèi)接法，多次測量后算出平均值 D．實

10、驗中應保持金屬絲的溫度不變 解析：選AC　實驗中應測量出金屬絲接入電路中的有效長度，而不是全長；金屬絲的電阻很小，與電壓表內(nèi)阻相差很大，使金屬絲與電壓表并聯(lián)，電壓表對它分流作用很小，應采用電流表外接法。故A、C操作錯誤。 2．[多選]在“測定金屬的電阻率”實驗中，關(guān)于誤差的下列說法中正確的是(　　) A．電流表采用外接法，將會使ρ測<ρ真 B．電流表采用外接法，由于電壓表的并聯(lián)引起了電阻絲分壓的減小而引起測量誤差 C．由ρ＝可知，I、d、U、l中每一個物理量的測量都會引起ρ的測量誤差 D．由ρ＝可知對實驗結(jié)果準確性影響最大的是直徑d的測量 解析：選ACD　由于采用外接法，將導致R

11、測

12、 解析：(1)由于螺旋測微器開始起點有誤差，估讀為0.007 mm，測量后要去掉開始誤差。 (2)將電表連入電路時注意電流要從正接線柱流入，掌握滑動變阻器的分壓接法。 答案：(1)0.007　0.638　(2)如圖所示 4.某同學在一次“測定金屬的電阻率”的實驗中，用米尺測出接入電路部分的金屬絲長度為l＝0.720 m，用螺旋測微器測出金屬絲直徑(刻度位置如圖所示)，用伏安法測出金屬絲的電阻(阻值大約為5 Ω)，然后計算出該金屬材料的電阻率。在用伏安法測定金屬絲的電阻時，除被測金屬絲外，還有如下實驗器材： A．直流電源(輸出電壓為3 V) B．電流表A(量程0～0.6 A，內(nèi)

13、阻約0.125 Ω) C．電壓表V(量程0～3 V，內(nèi)阻3 kΩ) D．滑動變阻器(最大阻值20 Ω) E．開關(guān)、導線等 (1)從圖中讀出金屬絲的直徑為________mm。 (2)根據(jù)所提供的器材，在虛線框中畫出實驗電路圖。 (3)若根據(jù)伏安法測出金屬絲的阻值為Rx＝4.0 Ω，則這種金屬材料的電阻率為________ Ω·m。(保留兩位有效數(shù)字) 解析：(3)由R＝ρ得ρ＝＝，將Rx＝4.0 Ω、l＝0.720 m、d＝0.600 mm＝0.600×10－3 m代入得ρ≈1.6×10－6Ω·m。 答案：(1)0.600　(2)如圖所示 (3)1.6×10－6 5

14、．某實驗小組在“測定金屬的電阻率”的實驗過程中，獲得的金屬絲直徑以及電流表、電壓表的讀數(shù)如圖所示，則它們的值分別是________mm，________A，________V。 已知實驗中所用的滑動變阻器阻值范圍為0～10 Ω，電流表內(nèi)阻約幾歐，電壓表內(nèi)阻約20 kΩ。電源為干電池(不宜在長時間、大功率狀況下使用)，電動勢E＝4.5 V，內(nèi)阻很小。則圖中________(填電路圖下方的字母)電路為本次實驗應當采用的最佳電路。用此電路測得的金屬絲電阻Rx比真實值________(選填“大”或“小”)。 若已知實驗所用的電流表內(nèi)阻的準確值RA＝2.0 Ω，那么準確測量金屬絲電阻Rx的最

15、佳電路應是圖中的________電路。若此時測得電流為I、電壓為U，則金屬絲電阻Rx＝________(用題中各物理量符號表示)。 解析：根據(jù)螺旋測微器讀數(shù)規(guī)則可知金屬絲直徑為0.998 mm；電流表讀數(shù)是0.42 A，電壓表讀數(shù)是2.26 V。由于金屬絲電阻一般不太大，應采用電流表外接法。干電池不宜在長時間、大功率狀況下使用，應采用限流電路，所以本次實驗應當采用的最佳電路為圖A。用此電路測得的金屬絲電阻Rx實質(zhì)是電阻絲與電壓表并聯(lián)后的等效電阻值，比真實值小。若已知實驗所用的電流表內(nèi)阻的準確值RA＝2.0 Ω，那么準確測量金屬絲電阻Rx的最佳電路應是題圖中的B電路。若此時測得電流為I、電壓為

16、U，則金屬絲電阻Rx＝－RA。 答案：0.998　0.42　2.26　A　小　B?。璕A 6．有一根細而均勻的導電材料樣品(如圖甲所示)，截面為同心圓環(huán)(如圖乙所示)，此樣品長約為5 cm，電阻約為100 Ω，已知這種材料的電阻率為ρ，因該樣品的內(nèi)徑太小，無法直接測量。現(xiàn)提供以下實驗器材： A．20分度的游標卡尺 B．螺旋測微器 C．電壓表 V(量程3 V，內(nèi)阻約3 kΩ) D．電流表A1(量程50 mA，內(nèi)阻約20 Ω) E．電流表A2(量程0.3 A，內(nèi)阻約1 Ω) F．滑動變阻器R(0～20 Ω，額定電流2 A) G．直流電源E(約4 V，內(nèi)阻不計) H．開關(guān)一只

17、，導線若干 請根據(jù)上述器材設(shè)計一個盡可能精確地測量該樣品內(nèi)徑d的實驗方案，回答下列問題： (1)用游標卡尺測得該樣品的長度如圖丙所示，其示數(shù)L＝_________mm；用螺旋測微器測得該樣品的外徑如圖丁所示，其示數(shù)D＝_________mm。 (2)設(shè)計電路測量導電材料樣品的電阻Rx。在設(shè)計時電流表應選擇________(填“內(nèi)接法”或“外接法”)。這樣設(shè)計后實驗電阻Rx的測量值將________(填“大于”“等于”或“小于”)實際值。 (3)若某次實驗中，電壓表和電流表的讀數(shù)分別為U和I，則用已知物理量和測得的物理量的符號來表示樣品的內(nèi)徑d ＝_______________。 解析

18、：(1)根據(jù)游標卡尺，其主尺讀數(shù)為50 mm，游標尺部分讀數(shù)為0.05×11 mm＝0.55 mm，故游標卡尺的讀數(shù)為L＝50 mm＋0.55 mm＝50.55 mm； 由題圖所示螺旋測微器可知，固定刻度示數(shù)為6 mm，可動刻度示數(shù)為12.3×0.01 mm＝0.123 mm，螺旋測微器示數(shù)D＝6 mm＋0.123 mm＝6.123 mm。 (2)由所給實驗器材可知，應采用伏安法測電阻阻值，由于待測電阻阻值約為100 Ω，滑動變阻器最大阻值為20 Ω，為測多組實驗數(shù)據(jù)，滑動變阻器應采用分壓接法；電路最大電流約為I＝＝ A＝0.03 A＝30 mA，電流表應選A1，電流表內(nèi)阻約為20 Ω，電壓表內(nèi)阻約為3 000 Ω，相對來說電壓表內(nèi)阻遠大于待測電阻阻值，電流表應采用外接法，實驗電路圖如圖所示； 電流表采用外接法，由于電壓表分流，電流測量值大于真實值，電阻測量值小于真實值。 (3)由歐姆定律可知，樣品電阻：R＝，由電阻定律可知：R＝ρ＝ρ， 解得：d＝ 。 答案：(1)50.55　6.123(±0.002) (2)外接法　小于 (3)