高考物理一轮复习讲义 7.3 实验七 测定金属的电阻率（同时练习使用螺旋测微器） 新人教版.doc

第3讲实验七测定金属的电阻率(同时练习 使用螺旋测微器)一、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731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上图731(2)螺旋测微器的原理测微螺杆f与固定刻度b之间的精密螺纹的螺距为0.5 mm，即旋钮d每旋转一周，f前进或后退0.5 mm，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0.01 mm.即螺旋测微器的精确度为0.01 mm.读数时误差出现在毫米的千分位上，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)固定刻度数(mm)(注意半毫米刻度线是否露出)可动刻度数(估读一位)0.01(mm)温馨提示螺旋测微器需要估读图732最后一位数字为估计数字，读数和记数时估计位为有效数字的最后一位例如如图732所示，固定刻度示数为2.0 mm，不足半毫米而从可动刻度上读的示数为15.0，最后的读数为：2.0 mm15.00.01 mm2.150 mm.2游标卡尺(如图733所示)(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图733(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，其读数见下表：刻度格数(分度)刻度总长度每小格与1 mm的差值精确度(可准确到)109 mm0.1 mm0.1 mm2019 mm0.05 mm0.05 mm5049 mm0.02 mm0.02 mm(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.温馨提示游标卡尺的读数应注意以下几点：(1)看清精确度例如图734所示图734易错读成1140.1 mm11.40 mm正确的应为11.4 mm，游标卡尺不需估读，后面不能随意加零例如图735所示图735易错读成10120.05 mm10.6 mm，正确的应为10.60 mm(2)主尺上的单位应为厘米主尺上标识的1、2、3等数字通常是指厘米，读数时应将毫米和厘米分清，游标卡尺主尺上的最小刻度是1 mm.例如图736所示图736易错读成(540.05)mm5.20 mm正确的应为(5040.05)mm50.20 mm(3)区分零刻度与标尺最前端例如图737所示图737易错读成13100.05 mm13.50 mm正确读数为14100.05 mm14.50 mm.二、常用电表的读数对于电压表和电流表的读数问题，首先要弄清电表量程，即指针指到最大刻度时电表允许通过的最大电压或电流值，然后根据表盘总的刻度数确定精确度，按照指针的实际位置进行读数即可(1)03 v的电压表和03 a的电流表读数方法相同，此量程下的精确度是0.1 v或0.1 a，看清楚指针的实际位置，读到小数点后面两位(2)对于015 v量程的电压表，精确度是0.5 v，在读数时只要求读到小数点后面一位，即读到0.1 v.(3) 对于0.6 a量程的电流表，精确度是0.02 a，在读数时只要求读到小数点后面两位，这时要求“半格估读”，即读到最小刻度的一半0.01 a.三、伏安法测电阻(1)电流表、电压表的应用电流表内接法电流表外接法电路图误差原因电流表分压u测uxua电压表分流i测ixiv电阻测量值r测rxrarx测量值大于真实值r测rx测量值小于真实值适用条件rarxrvrx口诀大内偏大(大电阻用内接法测量，测量值偏大)小外偏小(小电阻用外接法测量，测量值偏小)(2)伏安法测电阻的电路选择阻值比较法：先将待测电阻的估计值与电压表、电流表的内阻进行比较，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临界值计算法：rx时，用电流表外接法rx时，用电流表内接法图738实验试探法：按图738接好电路，让电压表接线柱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四、测定金属的电阻率注意事项(1)先测直径，再连电路：为了方便，测量直径时应在金属丝连入电路之前测量；(2)电流表外接法：本实验中被测金属丝的阻值较小，故采用电流表外接法；(3)电流控制：电流不宜过大，通电时间不宜过长，以免金属丝温度过高，导致电阻率在实验过程中变大误差分析考查读数问题【例1】 (1)如图739所示的三把游标卡尺，它们的游标尺自左至右分别为9 mm长10等分、19 mm长20等分、49 mm长50等分，它们的读数依次为_mm，_mm，_mm.(2)使用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图7310所示，则金属丝的直径是_mm.图739图7310图7311(3)图7311甲用0.6 a量程时，对应刻度盘上每一小格代表_a，表针的示数是_a；当使用3 a量程时，对应刻度盘上每一小格代表_a，图中表针示数为_a.图7311乙使用较小量程时，每小格表示_v，图中指针的示数为_v若使用的是较大量程，则这时表盘刻度每小格表示_ v，图中表针指示的是_v.图7312(4)旋钮式电阻箱如图7312所示，电流从接线柱a流入，从b流出，则接入电路的电阻为_.今欲将接入电路的电阻改为208 7，最简单的操作方法是_若用两个这样的电阻箱，则可得到的电阻值范围为_解析(1)最上面图读数：整毫米是17，不足1毫米数是70.1 mm0.7 mm，最后结果是17 mm0.7 mm17.7 mm.中间图读数：整毫米是23，不足1毫米数是170.05 mm0.85 mm，最后结果是23 mm0.85 mm23.85 mm.最下面图读数：整毫米是3，不足1毫米数是90.02 mm0.18 mm，最后结果是3 mm0.18 mm3.18 mm.(2)固定刻度示数为2.0 mm，不足半毫米的从可动刻度上读的示数为15.0，最后的读数为：2.0 mm15.00.01 mm2.150 mm.(3)使用0.6 a量程时，刻度盘上的每一小格为0.02 a，指针的示数为0.44 a；当换用3 a量程时，每一小格为0.1 a，指针示数为2.20 a.电压表使用3 v量程时，每小格表示0.1 v，指针示数为1.70 v；使用15 v量程时，每小格为0.5 v，指针示数为8.5 v.(4)电阻为1 987 .最简单的操作方法是将“1 k”旋钮调到2，再将“100”旋钮调到0.每个电阻箱的最大阻值是999 9，用这样两个电阻箱串联可得到的最大电阻29 999 19 998 .故两个这样的电阻箱，则可得到的电阻值范围为019 998 .答案(1)17.723.853.18(2)2 150(3)0.020.440.12.200.11.700.58.5(4)1 987将“1 k”旋钮调到2，再将“100”旋钮调到0019 998 考查器材、电路的选择及实物连线【例2】 (2011济南三模)在“测定金属导体的电阻率”的实验中，待测金属丝的电阻rx约为5 ，实验室备有下列实验器材a电压表(量程03 v，内阻约为15 k)b电压表(量程015 v，内阻约为75 k)c电流表(量程03 a，内阻约为0.2 )d电流表(量程00.6a，内阻约为11 )e变阻器r1(0100 ，0.6 a)f变阻器r2(02 000 ，0.1 a)g电池组e(电动势为3 v，内阻约为0.3 )h开关s，导线若干(1)为减小实验误差，应选用的实验器材有(填代号)_(2)为减小实验误差，应选用图7313中_(填甲或乙)为该实验的电路原理图，并按所选择的电路原理图把图7314中的实物图用线连接起来图7313图7314(3)若用毫米刻度尺测得金属丝长度为60.00 cm，用螺旋测微器测得金属丝的直径及两电表的示数如图7315所示，则金属丝的直径为_mm，电阻值为_.图7315解析掌握本实验的原理和方法(1)由于电源的电动势为3 v，所以电压表应选a，被测电阻阻值约为5 ，电路中的最大电流约为ia0.6 a，电流表应选d，根据变阻器允许通过的最大电流可知，变阻器应选e，还要选用电池和开关，导线若干故应选用的实验器材有adegh.(2)由于，应采用电流表外接法，应选乙所示电路，实物连接如下图所示(3)从螺旋测微器可以读出金属丝的直径为0.635 mm，从电压表可以读出电阻两端电压为1.20 v，从电流表可以读出流过电阻的电流为0.50 a，被测电阻的阻值为rx 2.4 .答案(1)adegh(2)乙如解析图所示(3)0.6352.4考查“替代法”测电阻【例3】 (2011课标全国卷，22)为了测量一微安表头a的内阻，某同学设计了如图7316所示的电路图中a0是标准电流表，r0和rn分别是滑动变阻器和电阻箱，s和s1分别是单刀双掷开关和单刀单掷开关，e是电池完成下列实验步骤中的填空：图7316(1)将s拨向接点1，接通s1，调节_，使待测表头指针偏转到适当位置，记下此时_的读数i；(2)然后将s拨向接点2，调节_，使_，记下此时rn的读数；(3)多次重复上述过程，计算rn读数的_，此即为待测微安表头内阻的测量值解析本题为用替代法测未知电流表的内阻，其实验步骤为：(1)将s拨向接点1，接通s1，调节r0，使待测表头指针偏转到适当位置，记下此时标准电流表(或a0)的读数i；(2)然后将s拨向接点2，调节rn，使标准电流表(或a0)的读数仍为i，记下此时rn的读数；(3)多次重复上述过程，计算rn读数的平均值，此即为待测微安表头内阻的测量值答案(1)r0标准电流表(或a0)(2)rn标准电流表(或a0)的读数仍为i(3)平均值图7317【例4】 某些固体材料受到外力后除了产生形变，其电阻率也要发生变化，这种由于外力的作用而使材料电阻率发生变化的现象称为“压阻效应”现用如图7317所示的电路研究某长薄板电阻rx的压阻效应，已知rx的阻值变化范围为几欧到几十欧，实验室中有下列器材：电源e(3 v，内阻约为1 )电流表a1(0.6 a，内阻r15 )电流表a2(0.6 a，内阻约为1 )定值电阻r0(1)为了比较准确测量电阻rx，请完成电路图中虚线框内的部分(2)在电阻rx上加一个竖直向下的力f(设竖直向下为正方向)，闭合开关k，记下电表读数，得rx_；(3)改变力的大小，得到不同的rx值然后让力反向从下向上挤压电阻，并改变力的大小，得到不同的rx值，最后绘成图象如图7318所示，除观察到电阻rx的阻值随压力f增大而均匀减小外，还可得到的结论是： _.图7318当f竖直向下时可得rx与所受压力f的数值关系是rx_.(4)定值电阻r0应选用()a1 b5 c10 d20 解析本题考查电学实验由于rx电阻从几欧到几十欧，故用电流表a1作为电压表使用，电流表a2连在干路上，即可测出rx的电阻值；从图象可以看出压力方向改变，其阻值不变，其电阻与压力关系为一次函数；由i可知，当a2满偏时r0阻值为5 ，选项b正确本题属于中档题答案(1)如图(2)(3)压力反向，阻值不变rx162f(4)b1某同学做“测定金属电阻率”的实验(1)需要通过实验直接测量的物理量有：_(写出名称和符号)(2)这位同学在一次测量时，电流表、电压表的示数如图7319所示由图中电流表、电压表的读数可计算出金属丝的电阻为_ .图7319解析(1)由r、r得.需要直接测量的物理量有u、i、l、d.(2)电压表读数是2.40 v，电流表读数是0.46 a，电阻r 5.22 .答案(1)加在金属丝两端的电压u，通过金属丝的电流i，金属丝的长度l，金属丝的直径d(2)5.222“探究导体电阻与导体长度、横截面积、材料的关系”的实验电路如图7320所示，a、b、c、d是四种不同的金属丝现有四根镍铬合金丝和两根康铜合金丝，其规格如下表所示图7320编号材料长度/m横截面积/mm2a镍铬合金0.80.8b镍铬合金0.50.5c镍铬合金0.30.5d镍铬合金0.31.0e康铜合金0.30.5f康铜合金0.80.8(1)电路中四种金属丝应分别选用上表中的_(用编号表示)(2)某学生对实验数据分析归纳出：电路图中四种金属丝的电阻r与长度l、横截面积s的关系可用比例式r来表示你认为是否正确，为什么？(3)在交流合作时，有位同学提出用如图7321所示的电路，只要将图中p端分别和1、2、3、4相接，读出电流，利用电流跟电阻成反比的关系，也能探究出导体电阻与其影响因素的定量关系，请你对其作出评价图7321解析(1)本实验采用的是控制变量法，分别选用导体材料相同、横截面积相同时，导体的长度不同，b、c符合要求；选用导体材料相同、长度相同时，导体的横截面积不同，c、d符合要求；选用导体横截面积相同、长度相同时，导体的材料不同，c、e符合要求故选bcde.答案(1)bcde(2)不正确，因为它们的材料不完全相同(3)不能探究出. 实验过程中无法保证每次金属丝两端的电压相等；电流表的内阻与金属丝相比不能忽略，对实验影响较大3(2012广东江门模拟)在“测定金属的电阻率”的实验中，用螺旋测微器测量金属丝直径时的刻度位置如图7322所示，用米尺测出金属丝的长度l，金属丝的电阻大约为5 ，先用伏安法测出金属丝的电阻r，然后根据电阻定律计算出该金属材料的电阻率图7322(1)从图中读出金属丝的直径为_mm.(2)为此取来两节新的干电池、电键和若干导线及下列器材：a电压表03 v，内阻10 kb电压表015 v，内阻50 kc电流表00.6 a，内阻0.05 d电流表03 a，内阻0.01 e滑动变阻器，010 f滑动变阻器，0100 要求较准确地测出其阻值，电压表应选_，电流表应选_，滑动变阻器应选_(填序号)实验中某同学的实物接线如图7323所示，请指出该同学实物接线中的两处明显错误图7323错误1： _错误2：_(3)若测得金属丝的直径用d表示，电阻用r表示，则该金属材料的电阻率_.解析(1)从螺旋测微器的固定刻度上可以看出，半毫米刻度线已经露出来，因此主尺上应读0.5 mm，可动刻度上接近第18个刻度线，可以估读0.180 mm(或0.179 mm)，所以该金属丝直径应为0.5 mm0.180 mm(或0.179 mm)0.680 mm(或0.679 mm)(2)由电路图知电源是两节干电池，电动势是3 v，用3 v量程的电压表a；因为电阻丝的电阻大约为5 ，如果把3 v的电动势全加在电阻丝上，电流才是0.6 a，因此用量程是0.6 a的电流表c；此题中金属丝的电阻大约为5 ，为了减小实验误差，应选10 的滑动变阻器e.(3)由r可得：.答案(1)0.680(或0.679)(2)ace错误1：导线连接在滑动变阻器的滑片上错误2：采用了电流表内接法(3)4(2011天津卷，9(2)(4)图7324(1)用螺旋测微器测量某金属丝直径的结果如图7324所示，该金属丝的直径是_mm.(2)某同学测量阻值约为25 k的电阻rx，现备有下列器材：a电流表(量程100 a，内阻约2 k)；b电流表(量程500 a，内阻约300 )；c电压表(量程15 v，内阻约100 k)；d电压表(量程50 v，内阻约500 k)；e直流电源(20 v，允许最大电流1 a)；f滑动变阻器(最大阻值1 k，额定功率1 w)；g开关和导线若干电流表应选_，电压表应选_(填字母代号)该同学正确选择仪器后连接了以下电路，如图7325所示，为保证实验顺利进行，并使测量误差尽量减小，实验前请你检查该电路，指出电路在连线上存在的问题：_；_.图7325解析(1)d1 mm0.5 mm20.60.01 mm1.706 mm.(2)由于电源电压为20 v，为测量精确应选电压表c，此时电路中电流表的最大电流im0.6 ma600 a，为保证安全，需选电流表b.，故rx是大电阻，故电流表应采用内接式接法滑动变阻器最大阻值1 k，待测电阻约25 k，限流式接法变阻器调节范围很小，起不到应有作用，故应采用分压式接法答案(1)1.706(1.7041.708均可)(2)bc电流表应采用内接的方式滑动变阻器应采用分压式接法5如图7326所示是一些准备用来测量待测电阻rx阻值的实验器材，器材及其规格列表如下：器材规格待测电阻rx阻值在900 1 000 之间电源e具有一定内阻，电动势约9.0 v电压表v1量程2.0 v，内阻r11 000 电压表v2量程5.0 v，内阻r22 500 电流表a量程3.0 a，内阻r0.10 滑动变阻器r最大阻值约100 ，额定电流0.5 a开关s、导线若干为了能正常进行测量并尽可能减小测量误差，实验要求测量时电表的读数大于其量程的一半，而且调节滑动变阻器能使电表读数有较明显的变化请用实线代替导线，在所给的实验器材中选择合适的器材，连成满足要求的测量rx阻值的电路图7326解析由于待测电阻约1 000 ，滑动变阻器最大电阻为100 ，要使电表读数发生变化，滑动变阻器必须使用分压式接法当电源电动势全部加在待测电阻上时，流过的电流约为i a9