(2021新人教版)高中物理必修第三册第11章 3实验:导体电阻率的测量复习讲义.doc
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1、3.实验:导体电阻率的测量实验:导体电阻率的测量 学习目标学习目标:1.掌握游标卡尺和螺旋测微器的使用方法和读数方法掌握游标卡尺和螺旋测微器的使用方法和读数方法。2.掌握电流表掌握电流表、 电压表和滑动变阻器的使用方法电压表和滑动变阻器的使用方法。3.学会利用伏安法测电阻学会利用伏安法测电阻,进一步测出金属丝的电进一步测出金属丝的电 阻率。阻率。 实验实验 1长度的测量及测量工具的选用长度的测量及测量工具的选用 一、游标卡尺一、游标卡尺 1原理原理: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: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,
2、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 1 mm。 2精度精度:对应关系为:对应关系为 10 分度分度 0.1 mm,20 分度 分度 0.05 mm,50 分度分度 0.02 mm。 3读数读数:若用:若用 x 表示由主尺上读出的整毫米数,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 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,则记录结果表达为某一刻线对齐的游标的格数,则记录结果表达为(xK精度精度) mm。 二、螺旋测微器二、螺旋测微器 1原理原理:测微螺杆:测微螺杆 F 与固定刻度与固
3、定刻度 B 之间的精密螺纹的螺距为之间的精密螺纹的螺距为 0.5 mm,即旋钮 ,即旋钮 D 每旋转一周每旋转一周, F 前进或后退前进或后退 0.5 mm, 而可动刻度而可动刻度 E 上的刻度为上的刻度为 50 等份等份, 每转动一小格每转动一小格, F 前进或后退前进或后退 0.01 mm,即螺旋测微器的精确度为即螺旋测微器的精确度为 0.01 mm。读数时估读到毫米的千分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。位上,因此,螺旋测微器又叫千分尺。 2读数读数: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:测量时被测物体长度的整毫米数由固定刻度读出,小数部
4、分由可动刻度 读出。测量值读出。测量值(mm)固定刻度数固定刻度数(mm)(注意半毫米刻度线是否露出注意半毫米刻度线是否露出)可动刻度数可动刻度数(估估读读 1 位位)0.01(mm)。 实验实验 2金属丝电阻率的测量金属丝电阻率的测量 一、实验原理和方法一、实验原理和方法 由由 R l S得 得RS l , 因此因此, 只要测出金属丝的长度只要测出金属丝的长度 l、 横截面积横截面积 S 和金属丝的电阻和金属丝的电阻 R, 即可求出金属丝的电阻率即可求出金属丝的电阻率。 1把金属丝接入电路中把金属丝接入电路中,用伏安法测金属丝的电阻用伏安法测金属丝的电阻 R RU I 。电路原理如图所示电路
5、原理如图所示。 。 2用用毫米刻度尺毫米刻度尺测量金属丝的长度测量金属丝的长度 l,用用螺旋测微器螺旋测微器量得金属丝的直径量得金属丝的直径,算出横截算出横截 面积面积 S。 3将测量的数据代入公式将测量的数据代入公式RS l 求金属丝的电阻率。求金属丝的电阻率。 二、实验器材二、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。开关、导线若干。 三、实验步骤三、实验步骤 1直径测定直径测定 用螺旋测微器在被测金属导线上的用螺旋测微器在被测金属导线上的三个不同三个不同位置各测
6、一次直径,求出其平均值位置各测一次直径,求出其平均值 d, 计算出导线的横截面积计算出导线的横截面积 Sd 2 4 。 2电路连接电路连接 按如图所示的原理电路图连接好,用按如图所示的原理电路图连接好,用伏安伏安法测电阻的实验电路。法测电阻的实验电路。 3长度测量长度测量 用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属导线的用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属导线的有效有效长度长度,反复测量反复测量 3 次次,求出其求出其 平均值平均值 l。 4U、I 测量测量 把上图中滑动变阻器的滑动片调节到最左端把上图中滑动变阻器的滑动片调节到最左端, 电路经检查确认无误后电路经检查确认无误后, 闭合开关闭合开关
7、S, 改变滑动变阻器滑动片的位置改变滑动变阻器滑动片的位置,读出几组相应的电流表读出几组相应的电流表、电压表的示数电压表的示数 I 和和 U 的值的值,记记 入表格内,断开开关入表格内,断开开关 S。 5拆去实验线路,整理好实验器材。拆去实验线路,整理好实验器材。 四、数据处理四、数据处理 1在求在求 Rx的平均值时可用两种方法的平均值时可用两种方法 (1)用用 RxU I 分别算出各次的数值,再取平均值。分别算出各次的数值,再取平均值。 (2)用用 UI 图线的斜率求出。图线的斜率求出。 2计算电阻率计算电阻率 将记录的数据将记录的数据 Rx、l、d 的值代入电阻率计算式的值代入电阻率计算式
8、RxS l d 2U 4lI 。 五、误差分析五、误差分析 1金属丝的横截面积是利用直径计算而得,金属丝的横截面积是利用直径计算而得,直径直径的测量是产生误差的主要来源之的测量是产生误差的主要来源之 一。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采用伏安法测量金属丝的电阻时,由于采用的是电流表外外接法,测量值接法,测量值小于小于真真 实值,使电阻率的测量值偏实值,使电阻率的测量值偏小小。 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。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由于金属丝通电后发热升温,会使
9、金属丝的电阻率变大大,造成测量误差。,造成测量误差。 六、注意事项六、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。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,然后再把电压表并联在待测金属导线的两端。导线、滑动变阻器连成主干线路,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测量被测金属导线的有效长度,
10、是指测量待测导线接入电路的两个端点之间的 长度长度,亦即电压表两端点间的待测导线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测量时应将导线拉直,反复测量三次反复测量三次,求求 其平均值。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。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闭合开关闭合开关 S 之前,一定要将原理图中滑动变阻器的滑片移到最左端。之前,一定要将原理图中滑动变阻器的滑片移到最左端。 6在用伏安法测电阻时,通过待测导线的电流强度在用伏安法测电阻时,通过待测导线的电流强度 I 不宜过大不宜过大(电流表用电流表用 00.6 A 量程量
11、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,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。中逐渐增大。 7求求 Rx的平均值时可用两种方法的平均值时可用两种方法:第一种是用第一种是用 RxU I 算出各次的测量值算出各次的测量值,再取平再取平 均值;第二种是用图像均值;第二种是用图像(UI 图线图线)来求出。若采用图像法,在描点时,要尽量使各点间来求出。若采用图像法,在描点时,要尽量使各点间 的距离拉大一些的距离拉大一些,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,个别明显偏离较远个别
12、明显偏离较远 的点可以不予考虑。的点可以不予考虑。 【例例1】 某同学利用游标卡尺和螺旋测微器分别测量一圆柱体工件的直径和高度某同学利用游标卡尺和螺旋测微器分别测量一圆柱体工件的直径和高度, 测量结果如图甲和乙所示。该工件的直径为测量结果如图甲和乙所示。该工件的直径为_cm,高度为,高度为_mm。 甲甲 乙乙 解析解析游标卡尺读数为游标卡尺读数为 d12 mm4 1 20 mm12.20 mm1.220 cm 螺旋测微器的读数为螺旋测微器的读数为 h6.5 mm36.10.01 mm6.861 mm。 答案答案1.2206.861 1 游标卡尺不需要估读,读数结果游标卡尺不需要估读,读数结果
13、10 分度为分度为.mm 一位小数,一位小数,20 分度和分度和 50 分度为分度为.mm 两位小数两位小数,换算单位时只需要移动小数点换算单位时只需要移动小数点,最后一位数字即使是最后一位数字即使是 0 也不能抹掉。也不能抹掉。 2 螺旋测微器需要估读,读数结果为螺旋测微器需要估读,读数结果为.mm 三位小数,需要特别注意半毫三位小数,需要特别注意半毫 米刻度线是否露出。米刻度线是否露出。 【例【例 2】某同学在一次某同学在一次“测定金属的电阻率测定金属的电阻率”的实验中的实验中,用米尺测出接入电路部用米尺测出接入电路部 分的金属丝长度为分的金属丝长度为 l0.720 m,用螺旋测微器测出金
14、属丝直径,用螺旋测微器测出金属丝直径(刻度位置如图所示刻度位置如图所示),用,用 伏安法测出金属丝的电阻伏安法测出金属丝的电阻(阻值大约为阻值大约为 5 ),然后计算出该金属材料的电阻率。在用伏,然后计算出该金属材料的电阻率。在用伏 安法测定金属丝的电阻时,除被测金属丝外,还有如下实验器材:安法测定金属丝的电阻时,除被测金属丝外,还有如下实验器材: A直流电源直流电源(输出电压为输出电压为 3 V) B电流表电流表 A(量程量程 00.6A,内阻约,内阻约 0.125 ) C电压表电压表 V(量程量程 03 V,内阻,内阻 3 k) D滑动变阻器滑动变阻器(最大阻值最大阻值 20 ) E开关、
15、导线等开关、导线等 (1)从图中读出金属丝的直径为从图中读出金属丝的直径为_mm。 (2)根据所提供的器材,在虚线框中画出实验电路图。根据所提供的器材,在虚线框中画出实验电路图。 (3)若根据伏安法测出金属丝的阻值为若根据伏安法测出金属丝的阻值为 Rx4.0 ,则这种金属材料的电阻率为,则这种金属材料的电阻率为 _m(保留两位有效数字保留两位有效数字)。 解析解析(1)螺旋测微器读数为螺旋测微器读数为 0.5 mm10.00.01 mm0.600 mm。 。 (2)由于电阻丝电阻较小由于电阻丝电阻较小,安培表采用外接法安培表采用外接法,因测量金属因测量金属丝的电丝的电 阻率电流不能太大,由阻率
16、电流不能太大,由 I E Rr,结合电流表读数原理,电流 ,结合电流表读数原理,电流表应满表应满 足偏转一半以上足偏转一半以上,故总电阻大于故总电阻大于 5 ,小于小于 10 ,可见滑动变阻器可以用限流式可见滑动变阻器可以用限流式,实验实验 电路如图。电路如图。 (3)由由 R l S得 得RS l R xd 2 4l , 将将 Rx4.0 、 l0.720 m、 d0.600 mm0.60010 3 m。 代入得代入得1.610 6 m。 答案答案(1)0.600(2)见解析图见解析图(3)1.610 6 1 注意测金属丝电阻时,因电阻丝电阻较小,应采用电流表外接法。注意测金属丝电阻时,因电
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