_第七章实验七_测定金属的电阻率

1、 一、实验目的一、实验目的 (1)掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法。掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法。 (2)掌握螺旋测微器的使用方法和读数方法。掌握螺旋测微器的使用方法和读数方法。 (3)学会利用伏安法测电阻，进一步测出金属丝的电学会利用伏安法测电阻，进一步测出金属丝的电阻率。阻率。图实图实71 (2)用毫米刻度尺测量金属丝的长度用毫米刻度尺测量金属丝的长度l，用螺旋测微器，用螺旋测微器量得金属丝的直径，算出横截面积量得金属丝的直径，算出横截面积S。 三、实验器材三、实验器材 被测金属丝、螺旋测微器、毫米刻度尺、电池组、被测金属丝、螺旋测微器、毫米刻度尺、电池组、电流表、电压

2、表、滑动变阻器、开关、导线若干。电流表、电压表、滑动变阻器、开关、导线若干。 四、螺旋测微器、游标卡尺的使用四、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螺旋测微器的构造原理及读数 (1)螺旋测微器的构造螺旋测微器的构造 如图实如图实72所示是常用的螺旋测微器。它的测砧所示是常用的螺旋测微器。它的测砧A和固定刻度和固定刻度B固定在尺架固定在尺架C上。旋钮上。旋钮D、微调旋钮、微调旋钮D和可动和可动刻度刻度E、测微螺杆、测微螺杆F连在一起，通过精密螺纹套在连在一起，通过精密螺纹套在B上。上。图实图实72 (2)螺旋测微器的原理螺旋测微器的原理 测微螺杆测微螺杆F与固定刻度与固定刻度

3、B之间的精密螺纹的螺距为之间的精密螺纹的螺距为0.5 mm，即旋钮即旋钮D每旋转一周，每旋转一周，F前进或后退前进或后退0.5 mm，而可动刻度，而可动刻度E上上的刻度为的刻度为50等份，每转动一小格，等份，每转动一小格，F前进或后退前进或后退0.01 mm，即，即螺旋测微器的精确度为螺旋测微器的精确度为0.01 mm。读数时估读到毫米的千分位。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。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。出，小数部分由可动刻度读出。 测量值

4、测量值(mm)固定刻度数固定刻度数(mm)(注意半毫米刻度线注意半毫米刻度线是否露出是否露出)可动刻度数可动刻度数(估读一位估读一位)0.01(mm) 如图实如图实73所示，固定刻度示数为所示，固定刻度示数为2.0 mm，不足，不足半毫米而从可动刻度上读的示数为半毫米而从可动刻度上读的示数为15.0，最后的读数为：，最后的读数为：2.0 mm15.00.01 mm2.150 mm。图实图实73 2游标卡尺游标卡尺(如图实如图实74) (1)构造：主尺、游标尺构造：主尺、游标尺(主尺和游标尺上各有一个主尺和游标尺上各有一个内外测量爪内外测量爪)、游标尺上还有一个深度尺，尺身上还有一、游标尺上还有

5、一个深度尺，尺身上还有一个紧固螺钉。个紧固螺钉。图实图实74 (2)用途：测量厚度、长度、深度、内径、外径。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。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的总长度比主尺上的同样多的小等分刻度少1 mm。常。常见的游标卡尺的游标尺上小等分刻度有见的游标卡尺的游标尺上小等分刻度有10个的、个的、20个的、个的、50个的，见下表：个的，见下表：0.02 mm0.02

6、 mm49 mm500.05 mm0.05 mm19 mm200.1 mm0.1 mm9 mm10精确度精确度(可准确到可准确到)每小格与每小格与1 mm 的差值的差值刻度总刻度总长度长度刻度格数刻度格数(分度分度) (4)读数：若用读数：若用x表示由主尺上读出的整毫米数，表示由主尺上读出的整毫米数，K表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，示从游标尺上读出与主尺上某一刻线对齐的游标的格数，则记录结果表达为则记录结果表达为(xK精确度精确度) mm。五、实验步骤五、实验步骤 2电路连接电路连接 按如图实按如图实76所示的原理电路图连接好用伏安法测所示的原理电路图连接好用伏安法测电

7、阻的实验电路。电阻的实验电路。图实图实76 3长度测量长度测量 用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属导线的有用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属导线的有效长度，反复测量效长度，反复测量3次，求出其平均值次，求出其平均值l。 4U、I测量测量 把滑动变阻器的滑动片调节到使接入电路中的电阻把滑动变阻器的滑动片调节到使接入电路中的电阻值最大的位置，电路经检查确认无误后，闭合开关值最大的位置，电路经检查确认无误后，闭合开关S，改，改变滑动变阻器滑动片的位置，读出几组相应的电流表、变滑动变阻器滑动片的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数电压表的示数I和和U的值，记入表格内，断开开关的值，记入表格内，

8、断开开关S。 5拆去实验线路，整理好实验器材。拆去实验线路，整理好实验器材。 六、数据处理六、数据处理 1在求在求Rx的平均值时可用两种方法的平均值时可用两种方法(2)用用UI图线的斜率求出。图线的斜率求出。 七、注意事项七、注意事项 (1)本实验中被测金属导线的电阻值较小，因此实验本实验中被测金属导线的电阻值较小，因此实验电路一般采用电流表外接法。电路一般采用电流表外接法。 (2)实验连线时，应先从电源的正极出发，依次将电实验连线时，应先从电源的正极出发，依次将电源、开关、电流表、待测金属导线、滑动变阻器连成主干源、开关、电流表、待测金属导线、滑动变阻器连成主干线路线路(闭合电路闭合电路)，

9、然后再把电压表并联在待测金属导线的，然后再把电压表并联在待测金属导线的两端。两端。 (3)测量被测金属导线的有效长度，是指测量待测导线测量被测金属导线的有效长度，是指测量待测导线接入电路的两个端点之间的长度，亦即电压表两端点间的接入电路的两个端点之间的长度，亦即电压表两端点间的待测导线长度，测量时应将导线拉直，反复测量三次，求待测导线长度，测量时应将导线拉直，反复测量三次，求其平均值。其平均值。 (4)测金属导线直径一定要选三个不同部位进行测量，求测金属导线直径一定要选三个不同部位进行测量，求其平均值。其平均值。 (5)闭合开关闭合开关S之前，一定要使滑动变阻器的滑片处在有效之前，一定要使滑动

10、变阻器的滑片处在有效电阻值最大的位置。电阻值最大的位置。 (6)在用伏安法测电阻时，通过待测导线的电流强度在用伏安法测电阻时，通过待测导线的电流强度I不宜不宜过大过大(电流表用电流表用00.6 A量程量程)，通电时间不宜过长，以免金属，通电时间不宜过长，以免金属导线的温度明显升高，造成其电阻率在实验过程中逐渐增大。导线的温度明显升高，造成其电阻率在实验过程中逐渐增大。 (7)求求R的平均值时可用两种方法：第一种是用的平均值时可用两种方法：第一种是用RU/I算出算出各次的测量值，再取平均值；第二种是用图象各次的测量值，再取平均值；第二种是用图象(UI图线图线)来求来求出。若采用图象法，在描点时，

11、要尽量使各点间的距离拉大一出。若采用图象法，在描点时，要尽量使各点间的距离拉大一些，连线时要尽可能地让各点均匀分布在直线的两侧，个别明些，连线时要尽可能地让各点均匀分布在直线的两侧，个别明显偏离较远的点可以不予考虑。显偏离较远的点可以不予考虑。 八、误差分析八、误差分析 (1)金属丝的横截面积是利用直径计算而得，直径的金属丝的横截面积是利用直径计算而得，直径的测量是产生误差的主要来源之一。测量是产生误差的主要来源之一。 (2)采用伏安法测量金属丝的电阻时，由于采用的是采用伏安法测量金属丝的电阻时，由于采用的是电流表外接法，测量值小于真实值，使电阻率的测量值电流表外接法，测量值小于真实值，使电阻

12、率的测量值偏小。偏小。 (3)金属丝的长度测量、电流表和电压表的读数等会金属丝的长度测量、电流表和电压表的读数等会带来偶然误差。带来偶然误差。 (4)由于金属丝通电后发热升温，会使金属丝的电阻由于金属丝通电后发热升温，会使金属丝的电阻率变大，造成测量误差。率变大，造成测量误差。数据处理与误差分析数据处理与误差分析 例例2(2012北京高考北京高考)在在“测定金属的电阻率测定金属的电阻率”实验中，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，其中某一次测量结用螺旋测微器测量金属

13、丝的直径，其中某一次测量结果如图实果如图实79所示，其读数应为所示，其读数应为_mm(该值接近多该值接近多次测量的平均值次测量的平均值)。图实图实790.397(0.3950.399均可均可) (2)用伏安法测金属丝的电阻用伏安法测金属丝的电阻Rx。实验所用器材为：。实验所用器材为：电池组电池组(电动势电动势3 V，内阻约，内阻约1 )、电流表、电流表(内阻约内阻约0.1 )、电压表电压表(内阻约内阻约3 k)、滑动变阻器、滑动变阻器R(020 ，额定电流，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、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

14、据如下：接好电路，进行实验测量，记录数据如下：0.5200.4600.3400.2200.1600.0600.020I/A2.301.701.501.000.700.300.10U/V7654321次数次数 由以上实验数据可知，他们测量由以上实验数据可知，他们测量Rx是采用图实是采用图实710中的中的_图图(选填选填“甲甲”或或“乙乙”)。图实图实710甲甲 (3)图实图实711是测量是测量Rx的实验的实验器材实物图，图中已连接了部分导线，器材实物图，图中已连接了部分导线，滑动变阻器的滑片滑动变阻器的滑片P置于变阻器的一端。置于变阻器的一端。请根据请根据(2)所选的电路图，补充完成图实所选的电

15、路图，补充完成图实711中实物间的连线，并使闭合开关的瞬间，电压表中实物间的连线，并使闭合开关的瞬间，电压表或电流表不至于被烧坏。或电流表不至于被烧坏。图实图实711图实图实712 (4)这个小组的同学在坐标纸上建立这个小组的同学在坐标纸上建立U、I坐标系，如坐标系，如图实图实712所示，图中已标出了与测量数据对应的所示，图中已标出了与测量数据对应的4个个坐标点。请在图中标出第坐标点。请在图中标出第2、4、6次测量数据的坐标点，次测量数据的坐标点，并描绘出并描绘出UI图线。由图线得到金属丝的阻值图线。由图线得到金属丝的阻值Rx_(保留两位有效数字保留两位有效数字)。 (5)根据以上数据可以估算

16、出金属丝电阻率约为根据以上数据可以估算出金属丝电阻率约为_(填选项前的符号填选项前的符号)。 A1102mB1103m C1106m D1108m4.5(4.34.7均可均可) ， C (6)任何实验测量都存在误差。本实验所用测量仪器任何实验测量都存在误差。本实验所用测量仪器均已校准。下列关于误差的说法中正确的选项是均已校准。下列关于误差的说法中正确的选项是_(有多个正确选项有多个正确选项)。 A用螺旋测微器测量金属丝直径时，由于读数引起用螺旋测微器测量金属丝直径时，由于读数引起的误差属于系统误差的误差属于系统误差 B由于电流表和电压表内阻引起的误差属于偶然误由于电流表和电压表内阻引起的误差属

17、于偶然误差差 C若将电流表和电压表的内阻计算在内，可以消除若将电流表和电压表的内阻计算在内，可以消除由测量仪表引起的系统误差由测量仪表引起的系统误差 D用用UI图象处理数据求金属丝电阻可以减小偶然图象处理数据求金属丝电阻可以减小偶然误差误差6)CD 解析解析(1)螺旋测微器的读数为螺旋测微器的读数为0 mm39.70.01 mm0.397 mm (2)通过给定的数据发现电压接近从通过给定的数据发现电压接近从0开始，故滑动开始，故滑动变阻器采用的是分压式接法。变阻器采用的是分压式接法。 (3)对滑动变阻器的分压式接法，连线时应使测量电对滑动变阻器的分压式接法，连线时应使测量电路在开始时分到的电压为路在开始时分到的电压为0。 (4)图线应过原点，且使大多数点在一条直线上，不图线应过原点，且使大多数点在一条直线上，不在直线上的点均匀分布在直线两侧。图线的斜率反映了在直线上的点均匀分布在直线两侧。图线的斜率反映了金属丝的电阻，所以金属丝的电阻，所以Rx4.5 。 (5)由由Rl/S，S(d/2)2，取，取d4104m、l0.5 m、R4.5 ，解出，解出1106m。 (6)由于读数引起的误差属于偶然误差，选项由于读数引起的误差属于偶然误差，选项A错误；