歡迎進入物理課堂 實驗七測定金屬的電阻率 1 掌握螺旋測微器的原理及讀數(shù)方法 2 掌握電流表 電壓表和滑動變阻器的使用方法及電流表和電壓表的讀數(shù)方法 3 會用伏安法測電阻 并能測定金屬的電阻率 1 螺旋測微器 1 構(gòu)造 如圖 S為固定刻度 H為可動刻度 2 原理 可動刻度H上的刻度為50等份 則螺旋測微器的精確度為0 01mm 3 讀數(shù) 測量時被測物體長度的半毫米數(shù)由固定刻度讀出 不足半毫米部分由可動刻度讀出 測量值 mm 固定刻度數(shù) mm 注意半毫米刻度線是否露出 可動刻度數(shù) 估讀一位 0 01 mm 如圖所示 固定刻度示數(shù)為2 0mm 不足半毫米 而從可動刻度上讀的示數(shù)為15 0 最后的讀數(shù)為 2 0mm 15 0 0 01mm 2 150mm 2 伏安法測電阻 1 電流表的內(nèi)接法和外接法的比較 2 兩種電路的選擇 阻值比較法 先將待測電阻的估計值與電壓表 電流表內(nèi)阻進行比較 若Rx較小 宜采用電流表外接法 若Rx較大 宜采用電流表內(nèi)接法 簡單概括為 大內(nèi)偏大 小外偏小 比值法當時 用電流表外接法 當時 用電流表內(nèi)接法 實驗試探法 按如圖所示接好電路 讓電壓表一根接線柱P先后與a b處接觸一下 如果電壓表的示數(shù)有較大的變化 而電流表的示數(shù)變化不大 則可采用電流表外接法 如果電流表的示數(shù)有較大的變化 而電壓表的示數(shù)變化不大 則可采用電流表內(nèi)接法 3 電阻率的測定原理把金屬絲接入如圖所示的電路中 用電壓表測金屬絲兩端的電壓 用電流表測金屬絲中的電流 根據(jù)計算金屬絲的電阻Rx 然后用毫米刻度尺測量金屬絲的有效長度l 用螺旋測微器測量金屬絲的直徑d 計算出金屬絲的橫截面積S 根據(jù)電阻定律得出計算金屬絲電阻率的公式 毫米刻度尺 螺旋測微器 直流電流表和直流電壓表 滑動變阻器 阻值范圍0 50 電池組 開關(guān) 被測金屬絲 導線若干 一 實驗步驟1 直徑測定 用螺旋測微器在被測金屬絲上的三個不同位置各測一次直徑 求出其平均值d 計算出金屬絲的橫截面積2 電路連接 按如圖所示的電路原理圖連接好用伏安法測電阻的實驗電路 3 長度測量 用毫米刻度尺測量接入電路中的被測金屬絲的有效長度 反復測量3次 求出其平均值l 4 U I測量 把滑動變阻器的滑片調(diào)節(jié)到使接入電路中的電阻值最大的位置 電路經(jīng)檢查確認無誤后 閉合開關(guān)S 改變滑動變阻器滑片的位置 讀出幾組相應(yīng)的電流表 電壓表的示數(shù)I和U的值 記入表格內(nèi) 斷開開關(guān)S 5 拆除實驗線路 整理好實驗器材 二 數(shù)據(jù)處理1 在求Rx的平均值時可用兩種方法 1 用分別算出各次的數(shù)值 再取平均值 2 用U I圖線的斜率求出 2 計算電阻率 將記錄的數(shù)據(jù)U I l d的值代入電阻率計算式 1 金屬絲的橫截面積是利用直徑計算而得的 直徑的測量是產(chǎn)生誤差的主要來源之一2 采用伏安法測量金屬絲的電阻時 由于采用的是電流表外接法 測量值小于真實值 使電阻率的測量值偏小3 金屬絲的長度測量 電流表和電壓表的讀數(shù)等均會帶來偶然誤差4 由于金屬絲通電后發(fā)熱升溫 會使金屬絲的電阻率變大 造成測量誤差 1 本實驗中被測金屬絲的電阻值較小 因此實驗電路一般采用電流表外接法2 實驗連線時 應(yīng)先從電源的正極出發(fā) 依次將電源 開關(guān) 電流表 待測金屬絲 滑動變阻器連成主干線路 閉合電路 然后再把電壓表并聯(lián)在待測金屬絲的兩端3 測量被測金屬絲的有效長度 是指測量待測導線接入電路的兩個端點之間的長度 亦即電壓表兩端點間的待測金屬絲長度 測量時應(yīng)將金屬絲拉直 反復測量三次 求其平均值 4 測金屬絲直徑一定要選三個不同部位進行測量 求其平均值5 閉合開關(guān)S之前 一定要使滑動變阻器的滑片處在有效電阻值最大的位置6 在用伏安法測電阻時 通過待測金屬絲的電流強度I不宜過大 電流表用0 0 6A量程 通電時間不宜過長 以免金屬絲的溫度明顯升高 造成其電阻率在實驗過程中逐漸增大7 若采用圖像法確定Rx 在描點時 要盡量使各點間的距離拉大一些 連線時要盡可能地讓各點均勻分布在直線的兩側(cè) 個別明顯偏離較遠的點可以不予考慮 替代法測電阻1 實驗器材待測電阻 電阻箱 電流表 單刀雙擲開關(guān) 電池 導線若干2 實驗原理用電阻箱替代待測電阻 按如圖連接好電路 調(diào)節(jié)電阻箱 使兩次電流相等 則電阻箱的阻值就等于待測電阻的阻值 3 誤差分析這樣測出的阻值與電表的阻值無關(guān) 而取決于兩次電流表的讀數(shù)的準確性 避免了因電表的內(nèi)阻產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差 操作步驟也很簡捷 儀器的選擇和電路的設(shè)計 例證1 2011 天津高考 某同學測量阻值約為25k 的電阻Rx 現(xiàn)備有下列器材 A 電流表 量程100 A 內(nèi)阻約2k B 電流表 量程500 A 內(nèi)阻約300 C 電壓表 量程15V 內(nèi)阻約100k D 電壓表 量程50V 內(nèi)阻約500k E 直流電源 20V 允許最大電流1A F 滑動變阻器 最大阻值1k 額定功率1W G 電鍵和導線若干 電流表應(yīng)選 電壓表應(yīng)選 填字母代號 該同學正確選擇儀器后連接了以下電路 為保證實驗順利進行 并使測量誤差盡量減小 實驗前請你檢查該電路 指出電路在接線上存在的問題 1 2 規(guī)范解答 直流電源的電壓為20V 為了提高讀數(shù)準確度應(yīng)該選擇電壓表C 因此待測電阻兩端電壓不得超過15V 則通過的電流不超過電流表應(yīng)該選B 為了減小誤差電流表應(yīng)采用內(nèi)接法 因為滑動變阻器的阻值遠小于待測電阻的阻值 若串聯(lián) 限流效果不明顯 應(yīng)該采用分壓接法接入電路 答案 BC 1 電流表應(yīng)采用內(nèi)接法 2 滑動變阻器應(yīng)采用分壓式接法 用表格和圖像分析實驗數(shù)據(jù) 例證2 2011 浙江高考 在 探究導體電阻與其影響因素的定量關(guān)系 實驗中 為了探究3根材料未知 橫截面積均為S 0 20mm2的金屬絲a b c的電阻率 采用如圖所示的實驗電路 M為金屬絲c的左端點 O為金屬絲a的右端點 P是金屬絲上可移動的接觸點 在實驗過程中 電流表讀數(shù)始終為I 1 25A 電壓表讀數(shù)U隨OP間距離x的變化如表 1 繪出電壓表讀數(shù)U隨OP間距離x的變化圖線 2 求出金屬絲的電阻率 并進行比較 規(guī)范解答 1 建立U x坐標系 進行描點 連線 得到圖線如圖所示 2 根據(jù)歐姆定律又根據(jù)電阻定律所以由 1 中圖線可知 從600mm到1000mm為金屬絲a Ua 6 5 3 9 V 2 6V 1 04 10 6 m從1000mm到2000mm為金屬絲b Ub 7 1 6 5 V 0 6V從2000mm到2400mm為金屬絲c Uc 9 7 7 1 V 2 6V 通過計算可知 金屬絲a和c電阻率相同 遠大于金屬絲b的電阻率 答案 1 見規(guī)范解答 2 a 1 04 10 6 m 0 96 10 6 1 10 10 6 m b 9 6 10 8 m 8 5 10 8 1 10 10 7 m c 1 04 10 6 m 0 96 10 6 1 10 10 6 m 金屬絲a與c電阻率相同 遠大于金屬絲b的電阻率 1 在 測定金屬絲電阻率 的實驗中 由可知 對實驗結(jié)果的準確性影響最大的是 A 金屬絲直徑d的測量B 電壓U的測量C 電流I的測量D 金屬絲長度l的測量 解析 選A 四個選項中的四個物理量對金屬絲的電阻率均有影響 但影響最大的是直徑d 因為在計算式中取直徑的平方 2 在測定金屬絲的電阻率實驗中 用螺旋測微器測量金屬絲的直徑 示數(shù)如圖所示 讀數(shù)為 mm 解析 固定刻度部分讀數(shù)為0 5mm 可動刻度部分讀數(shù)為11 7 0 01mm 0 117mm 則螺旋測微器的讀數(shù)為0 5mm 0 117mm 0 617mm 0 616 0 619mm都對 答案 0 617 0 616 0 619 3 某小組的兩位同學采用 伏安法 測金屬絲的電阻實驗中 根據(jù)同一組數(shù)據(jù)進行正確描點后 甲 乙兩位同學根據(jù)自己的理解各作出一條圖線 如圖甲 乙所示 根據(jù)你對實驗的理解 你認為 同學的圖線正確 根據(jù)你選擇的圖線算出該金屬絲的電阻為 保留兩位有效數(shù)字 解析 當金屬絲兩端電壓為零時 通過的電流也為零 因此圖線必過原點 故甲同學的圖線正確 在甲同學畫的圖線上距原點較遠的地方取一個點 其坐標值為 0 4A 1 52V 故金屬絲電阻為 答案 甲3 8 4 2011 新課標全國卷 為了測量一微安表頭A的內(nèi)阻 某同學設(shè)計了如圖所示的電路 圖中 A0是標準電流表 R0和RN分別是滑動變阻器和電阻箱 S和S1分別是單刀雙擲開關(guān)和單刀開關(guān) E是電池 完成下列實驗步驟中的填空 1 將S撥向接點1 接通S1 調(diào)節(jié) 使待測表頭指針偏轉(zhuǎn)到適當位置 記下此時 的讀數(shù)I 2 然后將S撥向接點2 調(diào)節(jié) 使 記下此時RN的讀數(shù) 3 多次重復上述過程 計算RN讀數(shù)的 此即為待測微安表頭內(nèi)阻的測量值 解析 1 將S撥向接點1 接通S1 通過調(diào)節(jié)滑動變阻器R0 使待測表頭指針偏轉(zhuǎn)到適當位置 記下此時A0 或標準電流表 的讀數(shù)I 2 然后將S撥向接點2 保持R0不變 調(diào)節(jié)變阻箱RN 使A0 或標準電流表 的讀數(shù)仍為I 記下此時RN的讀數(shù) 在實驗期間 用RN代替了A表 而標準電流表A0的讀數(shù)不變 故此RN的讀數(shù)就是待測表A的內(nèi)阻 3 為提高精確度 實驗時要多次重復上述過程 計算RN讀數(shù)的平均值 此即為待測微安表頭內(nèi)阻的測量值 答案 1 R0A0 或標準電流表 2 RNA0 或標準電流表 的讀數(shù)仍為I 3 平均值 5 某同學想要了解導線在質(zhì)量相同時 電阻與截面積的關(guān)系 選取了材料相同 質(zhì)量相等的5卷導線 進行了如下實驗 1 用螺旋測微器測量某一導線的直徑如圖所示 讀得直徑d mm 2 該同學經(jīng)實驗測量及相關(guān)計算得到如下數(shù)據(jù) 請你根據(jù)以上數(shù)據(jù)判斷 該種導線的電阻R與截面積S是否滿足反比關(guān)系 若滿足反比關(guān)系 請說明理由 若不滿足 請寫出R與S應(yīng)滿足的關(guān)系 3 若導線的電阻率 5 1 10 7 m 則表中阻值為3 1 的導線長度l m 結(jié)果保留兩位有效數(shù)字 解析 1 螺旋測微器讀數(shù)要嚴格按步驟讀取 讀數(shù)為 1 20 0 0 01 mm 1 200mm 2 由數(shù)據(jù)可得 R與S不成反比 R與S2成反比 或RS2 恒量 3 根據(jù)電阻定律公式所以答案 1 1 200 2 不滿足 R與S2成反比 或RS2 恒量 3 19 6 某電流表的內(nèi)阻在0 1 0 2 之間 現(xiàn)要測量其內(nèi)阻 可選用的器材如下 A 待測電流表A1 量程0 6A B 電壓表V1 量程3V 內(nèi)阻約2k C 電壓表V2 量程15V 內(nèi)阻約10k D 滑動變阻器R1 最大電阻10 E 定值電阻R2 阻值5 F 電源E 電動勢4V G 電鍵S及導線若干 1 電壓表應(yīng)選用 2 畫出實驗電路圖 3 如測得電壓表的讀數(shù)為U 電流表的讀數(shù)為I 則電流表A1內(nèi)阻的表達式為 RA 解析 由于電源電動勢為4V 在量程為15V的電壓表中有約的刻度沒有利用 測量誤差較大 因而不能選 量程為3V的電壓表其量程雖然小于電源電動勢 但可在電路中接入滑動變阻器進行保護 故選用電壓表V1 由于電流表的內(nèi)阻在0 1 0 2 之間 量程為0 6A 電流表上允許承擔的最大電壓為0 12V 因而電壓表不能并聯(lián)在電流表的兩端 必須將一個阻值為5 的定值電阻R2與電流表串聯(lián)再接到電壓表上 才滿足要求 滑動變阻器在本實驗中分壓與限流的連接方式均符合要求 但考慮限流的 連接方式簡單 能耗低 因而滑動變阻器采用限流的連接方式 故本題電壓表選用V1 設(shè)計電路圖如圖所示 電流表A1內(nèi)阻的表達式為 答案 1 V1 2 見解析圖 3 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全