高中物理第三章磁场实验测定金属的电阻率（同时练习使用螺旋测微器）学案.docx

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掌握螺旋测微器原理及读数方法2进一步熟练电流表、电压表的使用及伏安法测电阻3测定金属的电阻率二、实验原理用毫米刻度尺测一段金属导线的长度l，用螺旋测微器测出金属导线的直径d，用伏安法(因金属导线电阻较小，采用外接法)测导线的电阻R，用R的变形式求电阻率实验原理图三、实验器材螺旋测微器、毫米刻度尺、电压表、电流表、滑动变阻器、电池组、开关及导线、被测金属导线附：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S固定在尺架F上旋钮K、微调旋钮K和可动刻度H、测微螺杆P连在一起，通过精密螺纹套在S上(2)螺旋测微器的原理测微螺杆P与固定刻度S之间的精密螺纹的螺距为05 mm，即旋钮K每旋转一周，P前进或后退05 mm，而可动刻度H上的刻度为50等份，每转动一小格，P前进或后退001 mm，即螺旋测微器的精确度为001 mm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(mm)(注意半毫米刻度线是否露出)可动刻度数(估读一位)001(mm)如图所示，固定刻度示数为20 mm，不足半毫米而从可动刻度上读的示数为150，最后的读数为：20 mm150001 mm2150 mm2游标卡尺的构造原理和读数(1)构造：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1 mm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(mm)每小格与1 mm的差值(mm)精确度(可精确到) (mm)109010120190050055049002002(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与主尺上某一刻线对齐的游标的格数，则记录结果表达为(xK精确度) mm四、实验步骤1用毫米刻度尺测量接入电路的金属导线长度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平均值金属导线长l/m金属导线直径d/m3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，整理好实验器材五、数据处理1电阻R的测量值确定(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)图象法：可建立UI坐标系，将测量的对应U、I值描点作出图象，利用图象斜率来求出电阻值R2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，计算出金属导线的电阻率六、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图象法求出电阻4滑动变阻器用限流式接法就可以满足该实验的要求七、误差分析1金属丝直径、长度的测量带来误差2电流表外接法，R测R真导致测真3通电时间过长，电流过大，导致电阻率发生变化实验原理和仪器读数现有一合金制成的圆柱体为测量该合金的电阻率，现用伏安法测量圆柱体两端之间的电阻，用螺旋测微器测量该圆柱体的直径，用游标卡尺测量该圆柱体的长度螺旋测微器和游标卡尺的示数如图甲和图乙所示(1)由图读得圆柱体的直径为_mm，长度为_cm(2)若流经圆柱体的电流为I，圆柱体两端之间的电压为U，圆柱体的直径和长度分别用D、L表示，则用D、L、I、U表示的电阻率的关系式为_解析(1)圆柱体的直径为15 mm345001 mm1845 mm；长度为42 mm8005 mm4240 mm4240 cm(2)由欧姆定律R和电阻定律R联立得答案(1)1845(18421846均可)4240(2)螺旋测微器读数的两点注意(1)以毫米为单位时，小数点后面要有三位有效数字，特别是最后一位估读数字为零时，不能省略(2)在读数时注意半毫米刻度线是否已露出 器材选择和电路设计在测量金属丝电阻率的实验中，可供选用的器材如下：待测金属丝：Rx(阻值约4 ，额定电流约05 A)；电压表：V(量程3 V，内阻约3 k)；电流表：A1(量程06 A，内阻约02 )；A2(量程3 A，内阻约005 )；电源：E1(电动势3 V，内阻不计)；E2(电动势12 V，内阻不计)；滑动变阻器：R(最大阻值约20 )；螺旋测微器；毫米刻度尺；开关S；导线(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图所示，读数为_mm(2)若滑动变阻器采用限流接法，为使测量尽量精确，电流表应选_、电源应选_(均填器材代号)，在下面虚线框中完成电路原理图解析(1)金属丝的直径：d15 mm001275 mm1775 mm(2)由于金属丝的额定电流约为05 A，即电路中的电流较小，应选用量程较小的电流表A1由于金属丝两端电压最大约2 V(U054 V2 V)，应选用电动势为3 V的电源E1由于金属丝电阻较小，为减小误差，实验中应采用电流表的外接法，电路图如图所示答案(1)1775(17731777均正确)(2)A1E1电路图见解析图伏安法测电阻时仪器的选择(1)电压表和电流表的选择可参考的数据有：电阻或小灯泡的额定电压、额定电流电源电动势E和电路的最大电流Im实验表格或实验图象的电压和电流(2)滑动变阻器的选择方法：用限流式接法时一般滑动变阻器的最大阻值R与待测电阻Rx相差不大或R略大于Rx，都能满足测多组数据的要求；当用分压式接法时，滑动变阻器一般选阻值小的，滑动变阻器的阻值越小，越方便调节 实验改进与创新某同学测量一个圆柱体的电阻率，需要测量圆柱体的尺寸和电阻(1)分别使用游标卡尺和螺旋测微器测量圆柱体的长度和直径，某次测量的示数如图甲和乙所示，长度为_cm，直径为_mm(2)按图丙连接电路后，实验操作如下：将滑动变阻器R1的阻值置于最_处(填“大”或“小”)；将S2拨向接点1，闭合S1，调节R1，使电流表示数为I0将电阻箱R2的阻值调至最_(填“大”或“小”)，S2拨向接点2；保持R1不变，调节R2，使电流表示数仍为I0，此时R2阻值为1 280 (3)由此可知，圆柱体的电阻为_解析(1)游标卡尺的精度为01 mm，所以L(50101)mm501 cm，螺旋测微器的读数为d(5316001)mm5316 mm(2)为了保护电流表，在接通电路之前，要使电路中的总电阻尽可能大，然后慢慢减小电路中的电阻(3)将S1闭合，S2拨向接点1时，其等效电路图如图1所示当S2拨向2时，其等效电路图如图2所示由欧姆定律知I，当I相同均为I0时，R2R圆柱体，所以R圆柱体1 280 答案(1)5015316(53135320)(2)大大(3)1 280本题为实验方法的创新等效替代法测电阻，该法的关键是两种情况下电流表的示数相同，这样才能保证圆柱体与电阻箱R2两端的电压相同 1在测定阻值较小的金属的电阻率的实验中，为了减小实验误差，并要求在实验中获得较大的电压调节范围，在测量其电阻时应选择的电路是()解析：选D金属的阻值较小，在用伏安法测电阻时应该用电流表外接法，题干中要求实验中获得较大的电压调节范围，故滑动变阻器要采用分压式接法，D正确2读出螺旋测微器的读数甲图读数为_mm；乙图读数为_ cm解析：甲图读数为：2 mm320001 mm2320 mm乙图读数为：135 mm370001 mm13870 mm13870 cm答案：2320138703实验室购买了一捆标称长度为100 m的铜导线，某同学想通过实验测定其实际长度该同学首先测得导线横截面积为10 mm2，查得铜的电阻率为17108 m，再利用图甲所示电路测出铜导线的电阻Rx，从而确定导线的实际长度可供使用的器材有：电流表：量程06 A，内阻约02 ；电压表：量程3 V，内阻约9 k；滑动变阻器R1：最大阻值5 ；滑动变阻器R2：最大阻值20 ；定值电阻：R03 ；电源：电动势6 V，内阻可不计；开关、导线若干回答下列问题：(1)实验中滑动变阻器应选_(填“R1”或“R2”)，闭合开关S前应将滑片移至_端(填“a”或“b”)(2)在实物图中，已正确连接了部分导线，请根据图甲电路完成剩余部分的连接(3)调节滑动变阻器，当电流表的读数为050 A时，电压表示数如图乙所示，读数为_V(4)导线实际长度为_m(保留2位有效数字)解析：(1)根据R，得铜导线的阻值约为Rx17 ，即RxR047 实验中的滑动变阻器若选R1，则当滑动变阻器滑片移至a端时，电压表的示数约为3 V，若滑动变阻器滑片向右移动，电压表示数变大，超过电压表量程，故实验中的滑动变阻器应选R2闭合开关S前应使电路中的电阻最大，故滑动变阻器滑片应移至a端(2)连线如图所示(3)电压表的示数为230 V(4)根据欧姆定律，铜导线与R0的串联电阻R 46 ，所以铜导线的电阻RxRR016 根据Rx得导线长度l m94 m答案：(1)R2a(2)见解析图(3)230(229231均正确)(4)94(9395均正确)4在“测定金属的电阻率”实验中，所用测量仪器均已校准待测金属丝接入电路部分的长度约为50 cm(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径，其中某一次测量结果如图所示，其读数应为_mm(该值接近多次测量的平均值)(2)用伏安法测金属丝的电阻Rx实验所用器材为：电池组(电动势3 V，内阻约1 )、电流表(内阻约01 )、电压表(内阻约3 k)、滑动变阻器R(020 ，额定电流2 A)、开关、导线若干某小组同学利用以上器材正确连接好电路，进行实验测量，记录数据如表：次数1234567U/V010030070100150170230I/A0020006001600220034004600520由以上实验数据可知，他们测量Rx是采用图1中的_图(选填“甲”或“乙”)(3)如图2是测量Rx的实验器材实物图，图中已连接了部分导线，滑动变阻器的滑片P置于变阻器的一端请根据所选的电路图，补充完成图中实物间的连线，并使闭合开关的瞬间，电压表或电流表不至于被烧坏(4)这个小组的同学在坐标纸上建立U、I坐标系，如图所示，图中已标出了与测量数据对应的4个坐标点请在图中标出第2、4、6次测量数据的坐标点，并描绘出UI图线由图线得到金属丝的阻值Rx_(保留两位有效数字)(5)根据以上数据可以估算出金属丝电阻率约为_(填选项前的符号)A1102 mB1103 mC1106 m D1108 m解析：(1)螺旋测微器的读数原则为主尺读数可动刻度读数精度0397001 mm0397 mm(2)由记录数据知，若采用图