实验：测定金属的电阻率

实验8测定金属的电阻率1 .实验原理(如图1所示)从R=到=，因此，如果测定焊丝长度l、截面积s、焊丝的电阻r，则能够求出焊丝的电阻率.图12 .实验器材被测线材、直流电源(4 V )、电流计(00.6 A )、电压计(03 V )、滑动电阻器(050 )、开关、导线数、千分尺、微尺3 .实验步骤(1)在被测定线上三个不同的位置，用千分尺各测定一次直径，求出其平均值d .(2)连接用伏安法测量电阻的实验电路(3)以毫米尺度测定存取电路中的被测定线的有效长度，重复测定3次，求出其平均值l .(4)将滑动电阻器滑块调节到存取电路中的电阻值最大的位置.(5)关闭开关，改变滑动电阻器的滑块的位置，读出几组对应的电流表、电压表的显示数I和u的值，填入记录表中。(6)将测定的Rx、l、d的值代入式R=和S=中，计算焊丝的电阻率.1 .数据处理(1)求出rx的平均值有两种方法用Rx=计算各次的数值，取平均值用U-I线倾斜度求出.(2)计算电阻率将记录数据Rx、l、d的值代入电阻率计算式=Rx=中.2 .误差分析(1)钢丝截面积是利用直径计算的，直径测量是误差的主要原因之一(2)使用伏安法测定导线电阻时，由于采用电流计外接法，因此测定值小于真值，电阻率的测定值变小(3)电线长度测量、电流计和电压计的读取值等会造成偶然误差(4)由于对金属丝通电而发热升温，因此金属丝电阻率变大，导致测定误差.3 .注意事项(1)在本实验中，由于被测定焊丝电阻值小，所以实验电路一般采用电流计外法.(2)实验性连接时，首先从电源的正极开始，按顺序将电源、开关、电流计、被测线、滑动电阻器连接到干线线路(闭合电路)，然后，将电压计并联连接到被测线的两端(3)测量被测线的有效长度是指，通过测量被测线访问电路的两个端点之间的长度，即电压计的两端点之间的被测线的长度，在测量时使线变直，重复测量3次，求出其平均值(4)测量焊丝直径，必须选择三个不同部位进行测量，求出其平均值(5)在闭合开关s之前，必须使滑动电阻器滑块位于有效电阻值最大的位置.(6)用伏安法测定电阻时，通过被测定焊丝的电流强度I不过大(电流计为00.6 A范围)，通电时间不过大，焊丝的温度不显着上升，其电阻率在实验中逐渐增大。(7)如果使用图像法求出r的平均值，则在描绘点时，可以尽可能扩大各点之间的距离，使各点尽可能均匀地分布在直线的两侧，也可以不考虑分别较大地分离的点.命题点教材原型实验例1在“测量金属的电阻率”实验中，所使用的测量仪器均已校正。 需要测量的线接入电路部分的长度约为50 cm(1)用测微计测定金属线直径，某测定结果如图2所示，其读取值为mm (该值接近多次测定的平均值) .图2实验中使用器材是电池组(电动势3 V、内部电阻约1)、电流计(内部电阻约0.1)、电压计(内部电阻约3k)、滑动电阻器R(020 、额定电流2 A )、开关、引线.一组同学使用以上器材正确连接电路，实验测量，记录数据。次数1234567U/V0.100.300.701.001.501.702.30I/A0.0200.0600.1600.2200.3400.4600.520根据以上实验数据可知，他们测定Rx采用了图3中的图(填充甲或者乙 ) .图3(3)图4是测量Rx的实验器具的实物图，图中连接了导线的一部分，折射电阻器的滑块p放置在电阻器的一端。 (2)请根据选择的电路图，补充图中实物间的接线，在关闭开关的瞬间不要烧坏电压表或电流表图4图5(4)该组同学在坐标纸上制作了u、I坐标系，如图5所示，图中显示了与测量数据相对应的4个坐标点。 请在图中显示第2、4、6次测量数据的坐标点，画出U-I图。 由图得到的线的电阻值rx=(2(保留2位的有效数字)。(5)根据以上的数据，可以推定导线的电阻率约(填充选项前的符号) .a.110-2mmb.110-3mc.110-6mad.110-8m(6)任何实验测定都存在误差，本实验中使用的测定器已经校正，在以下的有关误差的说法中正确的选项如下所示。a .用千分尺测量导线直径时，由读取值引起的误差属于系统误差b .电流计和电压表内阻引起的误差是偶然的误差c .计算电流表和电压表的内阻，可消除仪表引起的系统误差通过使用d.u-I图像处理数据求出线电阻，能够减小偶然误差答案(1)0.397(0.3950.399均可) (2)甲(3)如甲(4)乙4.5(4.34.7均可) (5)C (6)CD分析(1)的千分尺读取值为0 mm 39.70.01 mm=0. 397 mm (0. 3950.399 mm之间全部正确)。(2)实验测量数据中的电压显示数从0.10 V起非常小，因此应考虑使用滑动电阻器的分压式接合法，采用了图甲的电路设计方案(3)连图时注意滑动电阻器的分压式连接法，注意电流表和电压表的正负极(4)在绘制第2次、第4次、第6次的测量数据的坐标点之后，绘制直线，截断第6次的实验数据点，使直线通过坐标原点，计算出绘图的倾斜度为4.5(4.34.7之间全部正确)，是电线的电阻值。(5)根据电阻法则Rx=，代入数据，计算电阻率1106m、c对.(6)读取值引起的误差是偶然的误差，a错误的电流表和电压表的内阻引起的误差是系统误差，b错误的该实验原理没有考虑电力表的内阻引起的误差，因此通过计算电流表和电压表的内阻，计测表引起的系统误差， 在用能够消除c对U-I图像处理数据的情况下，直观地截断第6次的实验数据，在多次测定后画直线的目的是取平均值，因此用U-I图像处理数据能够减小偶然的误差，d对变形例1某学生在图6a所示的电路中测定金属导线的电阻率时，可使用的器件为被测定金属导线ab、电阻约10、导线能够流过的最大电流为0.8 A、稳定电源、电源输出电压为E=12 V、电压计v、范围为03 V、内部电阻约5k、保护电阻： R1=10 、R2=30 、r3=10实验的主要步骤如下：用标尺测量导线ab的长度l，用千分尺测量导线的直径d。用图甲所示的电路用导线连接实验所需的器材。闭合开关s，移动布线触点p，测定aP长度x，读出电压计的显示数u .曲线图制作U-x曲线，求出金属导线电阻率.图6完成以下输入(1)用测微计测定金属导线直径d，如图所示，将其数量设为该金属导线的直径d=mm .(2)实验时保证安全，测量误差小时，选择保护电阻r(3)根据多次实验测定的aP的长度x和每次实验读出的电压计的显示数u制作的U-x线图如图所示，其中线的倾斜度为k时，金属线的电阻率=.(用实验器具给出的物理量的字母和实验顺序测定的物理量的字母表示)。答案(1)0.870 (2)R2 (3)分析(1)d=0.5 mm 0.0137.0 mm=0.870 mm(2)若知道被测定金属导线能够流过最大电流Imax=0.8 A，则Rmin=15 另外，电压计范围为03 V，因此为了保证安全，测定误差小，应选择电阻R2.(3)若将金属引线每单位长度的电阻设为R0、将x长度的引线两端电压设为u，则闭合回路欧姆的规律为E=(lR0 R2)U=x问题图c图表的斜率k=R0=，从R=到R0l=命题点二实验的开展与创新1 .伏安法电路图特征：大内小外(内接法测量值大，测量大电阻时应用内接法测量，外接法测量值小，测量小电阻时应用外接法测量2 .伏击法如果已知电压表内部电阻，则可以作为电流表、电压表、值电阻使用.(1)如图7(a )所示，在两电压计满偏置电流接近的情况下，若知道V1的内部电阻R1，则能够检测V2的内部电阻R2=R1.(2)如图所示，在两电压计的满偏置电流IV1IV2的情况下，如果知道V1的内部电阻R1，则V1并联连接一定值的电阻R0，同样地，V2的内部电阻R2=。图7使用例2以下的设备能够测定电阻Rx的电阻值测定对象电阻Rx的电阻值约为600 电源e、电动势约为6.0 V，内阻可忽略不计电压表V1、范围为0500 mV、内部电阻r1=1 000 ；电压表V2、范围为06 V、内部电阻r2约为10 k电流计a、量程为00.6 A，内阻r3约为1值电阻R0、R0=60 ；滑动电阻器r最大电阻值为150 单极单投开关s是一个，导线有几条(1)测量所需的2个电表读数均在该量程以上，可测量多组数据，因此请在模块中绘制测量电阻Rx的实验电路图(2)选择测定数据中的一组计算Rx时，根据已知量和测定物理量计算Rx的式子为Rx=，式中的各符号的含义如下所示。答案(1)分析图(2) U1是电压表V1读取，U2是电压表V2的读取，r1是电压表V1的内部电阻，R0参照恒定值电阻解析(1)电路的最大电流为Im=0.01 A，电流范围过大，可将电压表V1的并联恒定值电阻改造为电流表，电压表只要选择V2即可，要求测量多组数据，折动电阻器需要分压式连接法，电路如图所示。(2)流过被测电阻的电流为I=，被测电阻的电阻值为Rx=。3 .安安法只要知道电流计的内部电阻，就可以作为电流计、电压计以及数值电阻使用(1)如图8(a )所示，在用两个电流计能够测定最大电压接近时，如果知道A1的内部电阻R1，则能够测定A2的内部电阻R2=) .(2)如图b所示，在两个电流计的满偏置电压UA2UA1时，如果知道A1的内部电阻R1，则A1在串联连接了一定值的电阻R0之后，同样能够测定A2的电阻R2=.图8例3使用伏安法测定电阻Rx电阻值(电阻值约为200 )，实验室提供以下设备电池组e :电动势3 V，无内阻电流计A1 :范围015 mA、内阻约100 ；电流计A2 :范围0300 A、内阻约1 000 ；滑动电阻器R1:电阻值范围020 、额定电流2 A；电阻箱R2 :电阻值范围09 999 、额定电流1 A；开关s、导线稍微有些请在实验中尽可能准确地测量Rx的电阻值，并回答以下问题(1)为了测定所测定电阻的两端的电压，将电流计(记入器件编号)串联连接于电阻箱，使电阻箱的电阻值为，由此能够改造为范围为3.0 V的电压计.(2)在图9中描绘完全测定Rx电阻值的电路图，在图中表示器件编号.图9(3)调节滑动电阻器R1，如图10所示，设电流表A1的显示数为mA、电流表A2的显示数为A，测定所测定的电阻Rx的电阻值图10答案(1)A2 9 000 (2)电路如图(3)所示，8.0150187.5小分析(1)将a 2和R2串联起来作为电压计发挥作用，该电压计的范围为3 V，r=-1000=9000(3)由图可知，电流计A1显示数为8.0 mA，电流计A2的显示数为150 A被测定电阻电阻值为Rx=187.5 .由于采用了电流计的外接法，测量的电流值大，因此电阻的测量值小于真值4 .半偏置法测量电能表的内阻例4 (2015全国卷ii23 )电压表在满偏压时通过该表的电流是在半偏压时通过该表的电流的2倍。 有学生利用这一事实测量电压表的内阻(半偏压法)，实验室提供的器材如下测量对象电压计(范围3 V、内部电阻约3000)、电阻箱R0(最大电阻值为99 999.9 )、滑动电阻R1(最大电阻值100、额定电流2 A )、电源e (电动势6 V、内部电阻忽略)、开关2个、导线若干(1)在图