山东省专用2018_2019学年高中物理第二章恒定电流实验:测定金属的电阻率同时练习使用螺旋测微器讲义含解析新人教版选修3_1.pdf
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1、实验:测定金属的电阻率(同时练习使用螺旋测微器)实验:测定金属的电阻率(同时练习使用螺旋测微器) 一、实验目的 1练习伏安法测电阻,并测出金属丝的电阻率。 2练习使用螺旋测微器。 二、实验原理 1实验测定金属电阻率的理论依据是电阻定律。 2金属丝的电阻值可以用伏安法测出。 3金属丝的长度应用毫米刻度尺测定,金属丝的直径可以用螺旋测微器测定。 4螺旋测微器的读数规则 测量值固定刻度整毫米数(半毫米数)可动刻度读数(含估读)0.01 mm。 三、实验电路 电流表仍然外接,而滑动变阻器一般采用限流式接法即可,如图所示。 四、实验器材 毫米刻度尺、螺旋测微器、直流电流表、直流电压表、滑动变阻器(050
2、 )、电池组、 开关、导线、待测金属丝等。 五、实验步骤 1用毫米刻度尺测量接入电路的金属丝长度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 金属丝长l/m 金属丝直径d/m 3.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/ 5.拆除实验电路,整理好实验器材。 六、数据处理 1金属丝直径的测量 (1)特别注意半
3、刻度是否露出。 (2)因螺旋测微器的精确度为 0.01 mm,可动刻度上对齐的格数需要估读,所以,若以毫 米为单位的话,最后一位应出现在小数点后的第三位上。 (3)把三个不同位置的测量结果求平均值作为直径d。 2金属丝长度的测量 (1)应测量接入电路中的有效长度。(也要估读) (2)把 3 次测量结果求平均值作为长度l。 3电阻R的测量 (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)图像法:可建立UI坐标系,将测量的对应U、I值描点作出图像,利用图像斜率来 求出电阻值R。 4电阻率的计算 将测得的R、l、d的值,代入电阻率计算公式中,计算出金
4、属导线的电阻 RS l d2R 4l 率。 七、误差分析 1金属丝直径、长度的测量带来偶然误差。 2电流表外接法,R测R真导致测真(系统误差)。 3通电时间过长,电流过大,都会导致电阻率发生变化(系统误差)。 八、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UI图像法求出电阻。 4滑动变阻器用限流式接法就可以满足该实验的要求。 例 1 在“测定金属的
5、电阻率”的实验中, (1)某同学用螺旋测微器测金属丝直径时,测得结果如图甲所示,则该金属丝的直径为 _mm。 (2)用量程为 3 V 的电压表和量程为 0.6 A 的电流表测金属丝的电压和电流时读数如图乙 所示,则电压表的读数为_V,电流表的读数为_A。 (3)用米尺测量金属丝的长度L0.810 m。利用以上测量数据,可得这种材料的电阻率为 _ m(保留两位有效数字)。 解析 (1)螺旋测微器的读数为:d2.5 mm43.50.01 mm2.935 mm。 (2)因电压表的每小格读数为 0.1 V, 所以应估读到 0.01 V, 所以电压表的读数为 :U 2.60 V; 同理, 电流表的每小格
6、读数为 0.02 A, 应估读到 0.01 A, 所以电流表的读数为 :I0.52 A。 (3)根据R得: L S RS L R(d 2) 2 L 带入数据得:4.2105m。 答案 (1)2.935 (2)2.60 0.52 (3)4.2105 例 2 某同学为了测量某阻值约为 5 的金属棒的电阻率,进行了如下操作: (1)分别使用 10 分度游标卡尺和螺旋测微器测量金属棒的长度L和直径d, 某次测量的示 数如图 1 和图 2 所示,长度L_mm,直径d_mm。 (2)现备有下列器材: 待测金属棒Rx(阻值约为 5 ); 电压表 V1(量程 3 V,内阻约 3 k); 电压表 V2(量程 1
7、5 V,内阻约 9 k); 电流表 A1(量程 0.6 A,内阻约为 0.2 ); 电流表 A2(量程 3 A,内阻约为 0.05 ); 电源E(电动势 3 V,内阻不计); 滑动变阻器R1(最大阻值约为 20 ); 滑动变阻器R2(最大阻值约为 1 000 ); 开关 S;导线若干。 若滑动变阻器采用限流接法, 为使测量尽量精确, 电压表应选_, 电流表应选_, 滑动变阻器应选_(均选填器材代号)。正确选择仪器后请在图 3 中用笔画线代替导线, 完成实物电路的连接。 用伏安法测得该电阻的电压和电流, 并作出其伏安特性曲线如图 4 所示, 若图像的斜率为k,则该金属棒的电阻率_(用题中所给各个
8、量的对应字母进行表 述)。 解析 (1)游标卡尺主尺示数与游标尺示数之和是游标卡尺的示数, 故长度L23 mm 50.1 mm23.5 mm;d6.5 mm0.01 mm21.36.713 mm。 (2)电源电动势为 3 V,故电压表用 V1;由于被测电阻约为 5 ,故电流表用 A1;滑动变 阻器选R1; 题目中已说明滑动变阻器采用限流接法,25,600, 由于 Rx RA 5 0.2 RV Rx 3 000 5 Rx RA ,则电流表使用外接法,实物连接图如图所示。 RV Rx UI图像的斜率的物理意义为被测电阻的阻值,即kR,结合电阻定律可得金属棒的电 阻率表达式为。 kd2 4L 答案
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