选修3-1：7.实验七测定金属的电阻率【2015《物理复习方略》一轮复习课件沪科版】

1、实 验 七测定金属的电阻率【实验目的】【实验目的】1.1.掌握螺旋测微器和游标卡尺的原理及读数方法。掌握螺旋测微器和游标卡尺的原理及读数方法。2.2.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。压表的读数方法。3.3.会用伏安法测电阻会用伏安法测电阻, ,并能测定金属的电阻率。并能测定金属的电阻率。【实验原理】【实验原理】1.1.螺旋测微器：螺旋测微器：(1)(1)构造：如图构造：如图,S,S为固定刻度为固定刻度,H,H为可动刻度。为可动刻度。(2)(2)原理：可动刻度原理：可动刻度H H上的刻度为上的刻度为5050等

2、份等份, ,则螺旋测微器的精确则螺旋测微器的精确度为度为0.01mm0.01mm。(3)(3)读数。读数。测量时被测物体长度的半毫米数由固定刻度读出测量时被测物体长度的半毫米数由固定刻度读出, ,不足半毫不足半毫米部分由可动刻度读出。米部分由可动刻度读出。测量值测量值(mm)=(mm)=固定刻度数固定刻度数(mm)(mm)(注意半毫米刻度线是否露出注意半毫米刻度线是否露出)+)+可动刻度数可动刻度数( (估读一位估读一位) )0.01(mm)0.01(mm)。如图所示如图所示, ,固定刻度示数为固定刻度示数为2.0mm,2.0mm,而从可动刻度上读的示数而从可动刻度上读的示数为为15.0,15

3、.0,最后的读数为最后的读数为2.0mm+15.02.0mm+15.00.01 mm=2.150 mm0.01 mm=2.150 mm。2.2.游标卡尺：游标卡尺：(1)(1)构造：主尺构造：主尺, ,游标尺游标尺( (主尺和游标尺上各有一个内、外测量主尺和游标尺上各有一个内、外测量爪爪),),游标尺上还有一个深度尺游标尺上还有一个深度尺( (如图所示如图所示) )。(2)(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)(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

4、等分刻度成。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度比主尺上的同样多的小等分刻度少1mm1mm。常见的游标卡尺的。常见的游标卡尺的游标尺上小等分刻度有游标尺上小等分刻度有1010格的、格的、2020格的、格的、5050格的格的, ,其读数见下其读数见下表：表：刻度格数刻度格数( (分度分度) )刻度总长度刻度总长度每小格与每小格与1mm1mm的差值的差值精确度精确度( (可准确到可准确到) )10109mm9mm0.1mm0.1mm0.1mm0.1mm202019mm19mm0.05mm0.05mm0.05mm0.05mm505

5、049mm49mm0.02mm0.02mm0.02mm0.02mm(4)(4)读数：若用读数：若用x x表示从主尺上读出的整毫米数表示从主尺上读出的整毫米数,K,K表示从游标尺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, ,则记录结果表示则记录结果表示为为(x+K(x+K精确度精确度)mm)mm。需要注意的是。需要注意的是, ,不管是哪种卡尺不管是哪种卡尺,K,K值均不值均不需要向后估读一位。需要向后估读一位。(5)(5)如图所示如图所示, ,有一游标卡尺有一游标卡尺, ,主尺的最小分度是主尺的最小分度是1mm,1mm,游标上有游标上有2020个小

6、的等分刻度。用它测量一工件的长度个小的等分刻度。用它测量一工件的长度, ,图示的读数为图示的读数为104mm+0.05104mm+0.050mm=104.00mm0mm=104.00mm。3.3.伏安法测电阻：伏安法测电阻：(1)(1)电流表的内接法和外接法的比较。电流表的内接法和外接法的比较。内接法内接法外接法外接法电路图电路图误差原因误差原因电流表分压电流表分压 U U测测=U=Ux x+U+UA A电压表分流电压表分流 I I测测=I=Ix x+I+IV V电阻测量值电阻测量值 =R =Rx x+R+RA ARRx x测量值大于真实值测量值大于真实值测量值小于真实值测量值小于真实值适用条

7、件适用条件R RA AR Rx xR RV VR Rx x口诀口诀大内偏大大内偏大( (大电阻用内大电阻用内接法测量接法测量, ,测量值偏大测量值偏大) )小外偏小小外偏小( (小电阻用外小电阻用外接法测量接法测量, ,测量值偏小测量值偏小) )URI测测测xVxxVUR RRRIRR测测测(2)(2)两种电路的选择。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进行比较, ,若若R Rx x较小较小, ,宜采用电流表外接法宜采用电流表外接法; ;若若R Rx x较大较大, ,宜采用电宜采用电流表内接法。流表内接

8、法。比值法。比值法。a.a.当当 时，即时，即R Rx x 时时, ,用电流表内接法。用电流表内接法。xAVxRRRRVAR RxAVxRRRRAVR R实验试探法：按如图所示接好电路实验试探法：按如图所示接好电路, ,让电压表一根接线柱让电压表一根接线柱P P先先后与后与a a、b b处接触一下处接触一下, ,如果电压表的示数有较大的变化如果电压表的示数有较大的变化, ,而电流而电流表的示数变化不大表的示数变化不大, ,则可采用电流表外接法则可采用电流表外接法; ;如果电流表的示数如果电流表的示数有较大的变化有较大的变化, ,而电压表的示数变化不大而电压表的示数变化不大, ,则可采用电流表内

9、接则可采用电流表内接法。法。4.4.电阻率的测定原理：电阻率的测定原理：(1)(1)把金属丝接入电路中把金属丝接入电路中, ,用伏安法测金属用伏安法测金属丝的电阻丝的电阻,R,Rx x= = 电路原理如图所示。电路原理如图所示。(2)(2)用毫米刻度尺测金属丝接入电路部分用毫米刻度尺测金属丝接入电路部分的长度的长度l, ,用螺旋测微器测得金属丝的直用螺旋测微器测得金属丝的直径径d,d,算出横截面积算出横截面积S= dS= d2 2。(3)(3)根据电阻定律根据电阻定律R= R= 得金属丝电阻率得金属丝电阻率= = U,I14,SlxR S。l【实验器材】【实验器材】毫米刻度尺毫米刻度尺, ,螺

10、旋测微器螺旋测微器( (或游标卡尺或游标卡尺),),直流电流表和直流电压直流电流表和直流电压表表, ,滑动变阻器滑动变阻器( (阻值范围阻值范围0 050),50),电池组电池组, ,开关开关, ,被测金属丝被测金属丝, ,导线若干。导线若干。【实验过程】【实验过程】一、实验步骤一、实验步骤1.1.直径测定：用螺旋测微器直径测定：用螺旋测微器( (或游标卡尺或游标卡尺) )在被测金属丝上的在被测金属丝上的三个不同位置各测一次直径三个不同位置各测一次直径, ,求出其平均值求出其平均值d,d,计算出金属丝的计算出金属丝的横截面积横截面积S= S= 2.2.电路连接：按如图所示的电路原理图连接好用伏

11、安法测电电路连接：按如图所示的电路原理图连接好用伏安法测电阻的实验电路。阻的实验电路。2d4。3.3.长度测量：用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属丝的有长度测量：用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属丝的有效长度效长度, ,反复测量反复测量3 3次次, ,求出其平均值求出其平均值l。4.U4.U、I I测量：把滑动变阻器的滑片调节到使接入电路中的电阻测量：把滑动变阻器的滑片调节到使接入电路中的电阻值最大的位置值最大的位置, ,电路经检查确认无误后电路经检查确认无误后, ,闭合开关闭合开关S,S,改变滑动变改变滑动变阻器滑片的位置阻器滑片的位置, ,读出几组相应的电流表、电压表的示数读出几组相应

12、的电流表、电压表的示数I I和和U U的值的值, ,记入表格内记入表格内, ,断开开关断开开关S S。5.5.拆除实验线路拆除实验线路, ,整理好实验器材。整理好实验器材。U UI IR Rx x二、数据处理二、数据处理1.1.在求在求R Rx x的平均值时可用两种方法：的平均值时可用两种方法：(1)(1)用用R Rx x= = 分别算出各次的数值分别算出各次的数值, ,再取平均值。再取平均值。(2)(2)用用U -IU -I图线的斜率求出。图线的斜率求出。2.2.计算电阻率：将记录的数据计算电阻率：将记录的数据U U、I I、l、d d的值代入电阻率的值代入电阻率计算式计算式= = UI2d

13、 U4 I。l【误差分析】【误差分析】1.1.金属丝的横截面积是利用直径计算而得的金属丝的横截面积是利用直径计算而得的, ,直径的测量是产直径的测量是产生误差的主要来源之一。生误差的主要来源之一。2.2.采用伏安法测量金属丝的电阻时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由于采用的是电流表外接法法, ,测量值小于真实值测量值小于真实值, ,使电阻率的测量值偏小。使电阻率的测量值偏小。3.3.金属丝的长度测量、电流表和电压表的读数等均会带来偶然金属丝的长度测量、电流表和电压表的读数等均会带来偶然误差。误差。4.4.由于金属丝通电后发热升温由于金属丝通电后发热升温, ,会使金属丝的

14、电阻率变大会使金属丝的电阻率变大, ,造成造成测量误差。测量误差。【注意事项】【注意事项】1.1.螺旋测微器的使用：螺旋测微器的使用：(1)(1)测量前必须校对零点：先使测砧测量前必须校对零点：先使测砧A A与测微螺杆与测微螺杆P P并拢并拢, ,观察可观察可动刻度的零刻度线与固定刻度的轴向线是否重合以及可动刻度动刻度的零刻度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度线是否重合。不重合时的边缘与固定刻度的零刻度线是否重合。不重合时, ,用存放在用存放在螺旋测微器盒中的工具调节螺旋测微器盒中的工具调节, ,直到完全重合为止。直到完全重合为止。(2)(2)测量时测量时, ,当

15、测微螺杆当测微螺杆P P将要接触被测物体时将要接触被测物体时, ,要停止使用旋钮要停止使用旋钮K,K,改用微调旋钮改用微调旋钮K,K,当听到当听到“咔、咔咔、咔”声后声后, ,停止转动停止转动, ,以避以避免免P P和被测物体间产生过大的压力。这样既可以保护仪器和被测物体间产生过大的压力。这样既可以保护仪器, ,又能又能保证测量结果准确。保证测量结果准确。(3)(3)螺旋测微器应估读一位螺旋测微器应估读一位, ,即以即以mmmm作单位作单位, ,应读到小数点后面应读到小数点后面第三位。第三位。2.2.测定金属的电阻率：测定金属的电阻率：(1)(1)为了方便为了方便, ,测量直径应在金属丝连入电

16、路前进行测量直径应在金属丝连入电路前进行, ,为了准确为了准确测量金属丝的长度测量金属丝的长度, ,应该在连入电路之后在拉直的情况下进行应该在连入电路之后在拉直的情况下进行, ,测量待测金属丝接入电路的两个端点之间的长度。测量待测金属丝接入电路的两个端点之间的长度。(2)(2)本实验中被测金属丝的电阻值较小本实验中被测金属丝的电阻值较小, ,故应采用电流表外接法。故应采用电流表外接法。(3)(3)开关开关S S闭合前闭合前, ,滑动变阻器的阻值要调到最大。滑动变阻器的阻值要调到最大。(4)(4)电流不宜太大电流不宜太大( (电流表用电流表用0 00.6A0.6A量程量程),),通电时间不宜太长

17、通电时间不宜太长, ,以免金属丝温度升高以免金属丝温度升高, ,导致电阻率在实验过程中变大。导致电阻率在实验过程中变大。(5)(5)实验连线时实验连线时, ,应先从电源的正极出发应先从电源的正极出发, ,依次将开关、电流表、依次将开关、电流表、待测金属丝、滑动变阻器连成干路待测金属丝、滑动变阻器连成干路, ,然后再把电压表并联在待然后再把电压表并联在待测金属丝的两端。测金属丝的两端。【实验改进】【实验改进】替代法测电阻替代法测电阻1.1.实验原理：实验原理：用电阻箱替代待测电阻用电阻箱替代待测电阻, ,按如图所示连接好电路按如图所示连接好电路, ,调节电阻箱调节电阻箱, ,使两次电流表示数相等

18、使两次电流表示数相等, ,则电阻箱的示数就等于待则电阻箱的示数就等于待测电阻的阻值。测电阻的阻值。2.2.本方案的优缺点：本方案的优缺点：(1)(1)优点：电路结构简单优点：电路结构简单, ,调节方便调节方便, ,便于读数便于读数, ,同时可以避免因同时可以避免因电表的内阻产生的系统误差。电表的内阻产生的系统误差。(2)(2)缺点：由于电阻箱不能连续调节缺点：由于电阻箱不能连续调节, ,从而导致测量值与真实值从而导致测量值与真实值之间存在误差。之间存在误差。热点热点1 1 实验原理图的实验原理图的理解及实物图连接理解及实物图连接【典题【典题1 1】(2013(2013安徽高考安徽高考)(1)(

19、1)在测定一根粗细均匀合金丝电在测定一根粗细均匀合金丝电阻率的实验中阻率的实验中, ,利用螺旋测微器测定合金丝直径的过程如图所利用螺旋测微器测定合金丝直径的过程如图所示示, ,校零时的读数为校零时的读数为mm,mm,合金丝的直径为合金丝的直径为mmmm。(2)(2)为了精确测量合金丝的电阻为了精确测量合金丝的电阻R Rx x, ,设计出如图甲所示的实验电设计出如图甲所示的实验电路图路图, ,按照该电路图完成图乙中的实物电路连接。按照该电路图完成图乙中的实物电路连接。【解题探究】【解题探究】(1)(1)螺旋测微器的读数公式及重要的注意事项有哪些？螺旋测微器的读数公式及重要的注意事项有哪些？提示：

20、提示：螺旋测微器的读数螺旋测微器的读数= =固定刻度固定刻度( (注意半刻度线是否露注意半刻度线是否露出出)+)+可动刻度可动刻度0.010.01，注意估读和单位。，注意估读和单位。(2)(2)实物连线的一般方法是什么？实物连线的一般方法是什么？提示：提示：按照实验原理图，一般从电源正极出发，按顺序先连按照实验原理图，一般从电源正极出发，按顺序先连接完串联的主干部分再连接剩余的并联支路部分。接完串联的主干部分再连接剩余的并联支路部分。【解析】【解析】(1)(1)校零时的读数为校零时的读数为(0+0.7(0+0.70.01)mm=0.007 mm,0.01)mm=0.007 mm,测测量时的读数

21、为量时的读数为(0+0.5+14.5(0+0.5+14.50.01)mm=0.645 mm,0.01)mm=0.645 mm,故合金丝的故合金丝的直径为直径为(0.645-0.007)mm=0.638 mm(0.645-0.007)mm=0.638 mm。(2)(2)先从电源正极出发先从电源正极出发, ,经过电键经过电键, ,再经过滑动变阻器的下边两再经过滑动变阻器的下边两个接线柱个接线柱, ,回到电源负极回到电源负极; ;再由滑动变阻器的右上接线柱经过再由滑动变阻器的右上接线柱经过电流表的正、负接线柱电流表的正、负接线柱, ,连接并联的合金丝与电压表到电源的连接并联的合金丝与电压表到电源的负

22、极负极, ,如图所示：如图所示：答案：答案：(1)0.007(1)0.0070.6380.638(2)(2)见解析图见解析图热点热点2 2 仪器的选择和电路的设计仪器的选择和电路的设计【典题【典题2 2】(2012(2012山东高考山东高考) )在测量金属丝电阻率的实验中在测量金属丝电阻率的实验中, ,可供选用的器材如下：可供选用的器材如下：待测电阻丝：待测电阻丝：R Rx x( (阻值约阻值约4,4,额定电流约额定电流约0.5A);0.5A);电压表：电压表：V(V(量程量程3 V,3 V,内阻约内阻约3 k);3 k);电流表：电流表：A A1 1( (量程量程0.6 A,0.6 A,内阻

23、约内阻约0.2);0.2); A A2 2( (量程量程3 A,3 A,内阻约内阻约0.05);0.05);电源：电源：E E1 1( (电动势电动势3V,3V,内阻不计内阻不计);); E E2 2( (电动势电动势12V,12V,内阻不计内阻不计););滑动变阻器：滑动变阻器：R(R(最大阻值约最大阻值约20);20);螺旋测微器螺旋测微器; ;毫米刻度尺毫米刻度尺; ;开关开关S;S;导线。导线。(1)(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径用螺旋测微器测量金属丝的直径, ,示数如图所示示数如图所示, ,读数为读数为mmmm。(2)(2)若滑动变阻器采用限流接法若滑动变阻器采用限流接法, ,为使