高考物理大一轮复习 第七章 第3讲 实验七 测定金属的电阻率课件.ppt

实验目的 1 掌握电流表 电压表和滑动变阻器的使用方法及电流表和电压表的读数方法 2 掌握螺旋测微器及游标卡尺的原理及读数方法 3 会用伏安法测电阻 进一步测定金属的电阻率 实验原理 1 螺旋测微器 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b固定在尺架c上 旋钮d 微调旋钮d 和可动刻度e 测微螺杆f连在一起 通过精密螺纹套在b上 2 螺旋测微器的原理精密螺纹的螺距为0 5mm 即旋钮d每旋转一周 f前进或后退0 5mm 而可 动刻度e上的刻度为50等份 每转动一小格 f前进或后退0 01mm 即螺旋测微器的精确度为0 01mm 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 毫米 固定刻度数 毫米 注意半毫米刻线是否露出 可动刻度数 估读一位 0 01 毫米 如图所示 固定刻度示数为2 0mm 可动刻度上读的示数为15 0 0 01mm 最后的读数为 2 0mm 15 0 0 01mm 2 150mm 2 游标卡尺 如图 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 利用主尺的分度值与游标尺的分度值的差值制成 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1mm 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 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的与主尺上某一刻线对齐的游标尺上的格数 则记录结果表达为x k 精确度 3 伏安法测电阻 1 电流表的内接法和外接法的比较 2 两种电路的选择 阻值比较法 先将待测电阻的估计值与电压表 电流表内阻进行比较 若rx较小 宜采用电流表外接法 若rx较大 宜采用电流表内接法 简单概括为 大内偏大 小外偏小 临界值计算法rx时 用电流表内接法 实验试探法 按图接好电路 让电压表一根接头p先后与a b处接触一下 如果电压表的示数有较大的变化 而电流表的示数变化不大 则可采用电流表外接法 如果电流表的示数有较大的变化 而电压表的示数变化不大 则 可采用电流表内接法 4 电阻率的测定原理把金属丝接入如图所示的电路中 用电压表测金属丝两端的电压 用电流表测通过金属丝的电流 根据rx 计算金属丝的电阻rx 然后用毫米刻度尺测量金属丝的有效长度l 用螺旋测微器测量金属丝的直径d 计算出金属丝的横截面积s 根据电阻定律rx 得出计算金属丝电阻率的公式 实验器材 毫米刻度尺 螺旋测微器 直流电流表和直流电压表 滑动变阻器 阻值范围0 50 电池组 开关 被测金属丝 导线若干 实验步骤 1 求导线横截面积s 在准备好的金属丝上三个不同位置用螺旋测微器各测一次直径 求出其平均值d s 2 将金属丝两端固定在接线柱上悬空拉直 用毫米刻度尺测量接入电路的金属丝长度 即有效长度 反复测量三次 求出平均值l 3 按照原理图 如图所示 连好用伏安法测电阻的实验电路 4 把滑动变阻器调到接入电路中的电阻值最大的位置 检查无误后 闭合开关s 改变滑动变阻器滑片的位置 读出几组相应的电流值和电压值记录在表格中 断开s 求出金属丝电阻rx的平均值 5 整理仪器 数据处理 1 在求rx的平均值时可用两种方法 1 第一种是用rx 算出各次的数值 再取平均值 2 第二种是用u i图线的斜率求出 2 计算电阻率 将记录的数据rx l d的值 代入电阻率计算公式 误差分析 1 金属丝直径 有效长度的测量带来误差 2 测量电路中电流表及电压表对电阻测量的影响 因为电流表外接 所以r测 r真 由r 知 测 真 3 通电电流过大 时间过长 致使电阻丝发热 电阻率随之变化带来误差 注意事项 1 螺旋测微器的使用 1 测量前须校对零点 先使测砧a与测微螺杆f并拢 观察可动刻度零刻线与固定刻度的轴向线是否重合 以及可动刻度的边缘与固定刻度的零刻线是否重合 不重合时 用存放于螺旋测微器盒中的工具调节 直到完全重合为止 2 测量时 当测微螺杆f将要接触被测物体时 要停止使用旋钮d 改用微调旋钮d 以避免f和被测物体间产生过大的压力 这样 既可以保护仪器 又能保证测量结果的准确 当听到 咔 咔 声后 止动 即可读数 3 螺旋测微器应估读一位 即以mm作单位 应读到小数点后面第三位 4 为防止读出的数据出现差错 可在读数前估计出大概的数值 若发现最 后读数与开始估计数值相差较大 立即检查出错原因 如半毫米刻线是否露出等 2 测定金属的电阻率 1 为了方便 测量直径应在导线连入电路前进行 为了准确测量金属丝的长度 应该在连入电路之后在拉直的情况下进行 2 本实验中被测金属丝的阻值较小 故须采用电流表外接法 3 开关s闭合前 滑动变阻器的阻值要调至最大 4 电流不宜太大 电流表用0 0 6a量程 通电时间不宜太长 以免金属丝温度升高 导致电阻率在实验过程中变大 5 实验连线时 应先从电源的正极出发 依次将电源 开关 待测金属丝 电流表 滑动变阻器连成干路 然后再把电压表并联在待测金属丝的两端 1 多选 测定金属的电阻率 的实验中 以下操作中错误的是 a 用毫米刻度尺测量金属丝的全长 且测量三次 算出其平均值 然后再将金属丝接入电路中b 用螺旋测微器在金属丝三个不同部位各测量一次直径 算出其平均值c 用伏安法测电阻时采用电流表内接法 多次测量后算出平均值d 实验中应保持金属丝的温度不变答案ac实验中应测量出金属丝接入电路中的有效长度 而不是全长 金属丝的电阻很小 与电压表内阻相差很大 使金属丝与电压表并联 电压 表分流作用很小 应采用电流表外接法 故a c操作错误 2 将如图所示的螺旋测微器的读数写出来 甲 mm乙 cm答案7 4800 7580解析先读出固定刻度上的读数 再读出可动刻度上的读数 甲 7mm 48 0 0 01mm 7 480mm乙 7 5mm 8 0 0 01mm 7 580mm 0 7580cm 3 为了测定一根长为20 00cm 直径为0 220mm的镍铬丝的电阻率 电阻率约为1 10 6 m 提供下列器材 a 电动势为15v的直流电源一个 b 量程为0 200 a 内阻约为3 7k 的电流表一只 c 量程为0 20ma 内阻约为40 的电流表一只 d 量程为0 2a 内阻约为0 4 的电流表一只 e 量程为0 12v 内阻约为40k 的电压表一只 f 量程为0 15v 内阻约为50k 的电压表一只 g 阻值为0 50 额定电流为1a的滑动变阻器一只 h 阻值为0 1k 额定电流为0 1a的滑动变阻器一只 i 开关一个 j 导线若干 现采用如图所示电路进行测定 请按实验需要 选出适当的器材 答 填字母代号 答案adegij解析本题考查实验仪器的选择方法和技巧 由于电源只有一个 a必选 由r 算出镍铬丝的电阻约为5 26 先不考虑电流表 滑动变阻器的阻值 估算出电路中最大电流im a 2 85a 可知电流表应选d 只要控制电路中的电流不超过2a就行 由于电源电动势才15v 考虑到滑动变阻器等器件的分压 镍铬丝上的电压可被控制在12v以内 电压表选e 因为滑动变阻器g的额定电流约为1a 最大阻值为50 是镍铬丝阻值的近10倍 所以滑动变阻器选g 开关 导线必选 故i j必选 4 在 测定金属的电阻率 的实验中 需要用刻度尺测出被测金属丝的长度l 用螺旋测微器测出金属丝的直径d 用电流表和电压表测出金属丝的电阻rx 用电流表和电压表测金属丝的电阻时 由于电压表 电流表内阻的影响 不论使用电流表内接法还是电流表外接法 都会产生系统误差 按如图所示的电路进行测量 可以消除由于电表内阻造成的系统误差 利用该电路进行实验的主要操作过程是 第一步 先将r2的滑动触头调到最左端 单刀双掷开关s2向1闭合 闭合开关s1 调节滑动变阻器r1和r2 使电压表和电流表的示数尽量大些 不超过量程 读出此时电压表和电流表的示数u1 i1 第二步 保持两滑动变阻器的滑动触头位置不变 将单刀双掷开关s2向2闭合 读出此时电压表和电流表的示数u2 i2 请写出由以上记录数据计算被测电阻的表达式rx 答案 解析第一步对应的等效电路如图甲所示 则rx ra r1 第二步对应的等效电路如图乙所示 则ra r1 由以上两式求得rx 典例1在 测定金属丝电阻率 实验中 若粗估金属丝的电阻rx约为3 为尽可能减小误差 要求金属丝发热功率p 0 75w 1 实验中用螺旋测微器测量金属丝直径时 可估读到mm 用毫米刻度尺测量金属丝长度时 可估读到mm 2 下述器材中应选用的是 用字母代替 a 6v电池组b 电流表 0 0 6a 内阻0 5 c 电流表 0 3a 内阻0 01 d 电压表 0 3v 内阻1k e 电压表 0 15v 内阻5k 一 器材的选取和实物图的连接 f 滑动变阻器 0 100 额定电流1a g 滑动变阻器 0 20 额定电流1a 3 在方框内画出电路图 4 在图中 将各器材连成实验电路 2 p 0 75w rx 3 所以金属丝两端的电压应小于v 1 5v 故电压表应选d 流过的电流应小于a 0 5a 故电流表应选b 滑动变阻器从方便调节角度考虑选g 电池选a 3 注意电流表外接 滑动变阻器采用分压式接法 4 如图所示 解析 1 螺旋测微器可估读到0 001mm 毫米刻度尺可估读到分度值的下一位 即0 1mm 答案 1 0 0010 1 2 abdg 3 如图所示 4 见解析图 二 实验数据的处理典例2某实验小组利用实验室提供的器材探究一种金属丝的电阻率 所用的器材包括 输出电压为3v的直流稳压电源 电流表 待测金属丝 螺旋测微器 千分尺 米尺 电阻箱 开关和导线等 1 他们截取了一段金属丝 拉直后固定在绝缘的米尺上 并在金属丝上夹上一个小金属夹 金属夹可在金属丝上移动 请根据现有器材 设计实验电路 并连接电路实物图 如图甲 断开开关 合上开关 重复 的操作 3 该小组测得电流与金属丝接入长度关系的数据 并据此绘出了图乙的关系图线 其斜率为a 1 m 1 保留三位有效数字 图线纵轴截距与电源电动势的乘积代表了的电阻之和 4 他们使用螺旋测微器测量金属丝的直径 示数如图丙所示 金属丝的直径是 图乙中图线的斜率 电源电动势和金属丝横截面积的乘积代表的物理量是 其数值和单位为 保留三位有效数字 2 实验的主要步骤如下 正确连接电路 设定电阻箱的阻值 开启电源 合上开关 读出电流表的示数 记录金属夹的位置 丙 解析 2 实验需要进行多次测量取平均值 因此 需要改变金属丝上金属夹的位置 3 根据e i r0 ra ir 其中r0为电阻箱的电阻值 r为电阻