第七章第3单元一 测定金属的电阻率(螺旋测微器和游标卡尺的使用).

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及电流表掌握电流表、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会用伏安法测电阻，进一步测定金属的电阻率二、实验原理二、实验原理1把金属丝接入电路中，用伏安法把金属丝接入电路中，用伏安法 测导线的电阻测导线的电阻R(R )电路原理电路原理 如图实如图实11所示所示2用米尺量得金属丝的长度用米尺量得金属丝的长度l，用螺旋测微器量得金属丝的，用螺旋测微器量得金属丝的 直径，算出横截

2、面积直径，算出横截面积S.3利用电阻定律利用电阻定律R ，得出金属丝电阻率的公式，得出金属丝电阻率的公式 .图实图实11三、实验器材三、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，毫米刻度尺，螺旋测微器，直流电流表和直流电压表，滑动变阻器滑动变阻器(阻值范围阻值范围050 )，电池组，开关，被测金属丝，电池组，开关，被测金属丝，导线若干导线若干四、螺旋测微器的构造、原理及读数四、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图实图实12 如图实如图实12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和固和固 定刻度定刻度S固定在尺架固定在尺架F上旋

3、钮上旋钮K、微调旋钮、微调旋钮K和可动刻度和可动刻度 H、测微螺杆、测微螺杆P连在一起，通过精密螺纹套在连在一起，通过精密螺纹套在S上上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P与固定刻度与固定刻度S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K每旋转一周，每旋转一周，P前进或后退前进或后退0.5 mm，而可动刻度，而可动刻度H 上的刻度为上的刻度为50等份，每转动一小格，等份，每转动一小格，P前进或后退前进或后退0.01 mm. 即螺旋测微器的精确度为即螺旋测微器的精确度为0.01 mm.读数时估读到毫米的千读数时估读到毫米的千 分位上，因此，螺旋测微

4、器又叫千分尺分位上，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数毫米数由固定刻度读读数：测量时被测物体长度的整数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 图实图实13测量值测量值(毫米毫米)固定刻度数固定刻度数(毫米毫米)(注意半毫米刻线是否露出注意半毫米刻线是否露出)可动刻度数可动刻度数(估读一位估读一位)0.01(毫米毫米)如图实如图实13所示，固定刻度示数为所示，固定刻度示数为2.0 mm，不足半毫米，不足半毫米的从可动刻度上读的示数为的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

5、 mm.五、游标卡尺五、游标卡尺1构造：如图实构造：如图实14所示，主尺、游标尺所示，主尺、游标尺(主尺和游标主尺和游标 尺上各有一个内外测量爪尺上各有一个内外测量爪)，游标尺上还有一个深度尺，游标尺上还有一个深度尺， 尺身上还有一个紧固螺钉尺身上还有一个紧固螺钉图实图实142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度的差值原理：利用主尺的最小分度与游标尺的最小分度的差值 制成制成 不管游标尺上有多少个小等分刻度，它的刻度部分的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总长度

6、比主尺上的同样多的小等分刻度少1 mm.常见的常见的 游标卡尺的游标尺上小等分刻度有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：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1mm的差值的差值精确度精确度(可可准确到准确到)109mm0.1mm0.mm2019mm0.05mm0.05mm5049mm0.02mm0.02mm4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表示从表示从 游标尺上读出与主尺上某一刻线对齐的游标的格数，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

7、则记录结果表达为(xK精确度精确度) mm.六、伏安法测电阻六、伏安法测电阻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测测UxUA电压表分流电压表分流I测测IxIV电阻测量值电阻测量值R测测 RxRARx测量测量值大于真实值值大于真实值R测测 Rx测测量值小于真实值量值小于真实值适用条件适用条件RA RxRV Rx适用于测量适用于测量大电阻大电阻小电阻小电阻2两种电路的选择两种电路的选择 (1)阻值比较法：先将待测电阻的估计值与电压表、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，若电流

8、表内阻进行比较，若Rx较小，宜采用电流表较小，宜采用电流表 外接法；若外接法；若Rx较大，较大，宜采用电流表内接法简单宜采用电流表内接法简单 概括为概括为“大内偏大，小外偏小大内偏大，小外偏小” (2)临界值计算法：临界值计算法： 当当Rx 时，用电流表内接法时，用电流表内接法(3)实验试探法：按图实实验试探法：按图实15所示接好所示接好电路，让电压表的一根接线柱电路，让电压表的一根接线柱P先后与先后与a、b处接触一下，如果电压表的示数有较大处接触一下，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，则采用电流表外接法；的变化，而电流表的示数变化不大，则采用电流表外接法；如果电流表的示数

9、有较大的变化，而电压表的示数变化不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，则采用电流表内接法大，则采用电流表内接法图实图实15七、实验步骤七、实验步骤1求导线横截面积求导线横截面积S，在准备好的金属丝上三个不同位置用螺，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挂直，用毫米刻度尺测将金属丝两端固定在接线柱上悬空挂直，用毫米刻度尺测 量接入电路的金属丝长度量接入电路的金属丝长度(即有效长度即有效长度)，反复测量三次，反复测量三次， 求出平均值求出平均值l.3按照原理图按照原理图(

10、如图实如图实11所示所示)连好用伏安法测电阻的连好用伏安法测电阻的 实验电路实验电路4把滑动变阻器调到接入电路中的电阻值最大的位置，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，闭合开关检查无误后，闭合开关S，改变滑动变阻器滑动片的位，改变滑动变阻器滑动片的位 置，读出几组相应的电流值和电压值记录在表格中，置，读出几组相应的电流值和电压值记录在表格中， 断开断开S，求出导线电阻，求出导线电阻Rx的平均值的平均值5整理仪器整理仪器八、数据处理八、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： (1)第一种是用第一种是用Rx 算出各次的数值，再取平均值算出各次

11、的数值，再取平均值 (2)第二种是用第二种是用UI图线的斜率求出图线的斜率求出2计算电阻率：将记录的数据计算电阻率：将记录的数据Rx、l、d的值，代入电阻率的值，代入电阻率 计算公式计算公式Rx九、注意事项九、注意事项1螺旋测微器的使用螺旋测微器的使用(1)测量前须校对零点：先使测砧测量前须校对零点：先使测砧A与测微螺杆与测微螺杆P并拢，观察并拢，观察可动刻度零刻度线与固定刻度的轴向线是否重合，以及可可动刻度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，动刻度的边缘与固定刻度的零刻度线是否重合，不重合时，用存放在螺旋测微器盒中的工具调节，直到完全

12、重合为用存放在螺旋测微器盒中的工具调节，直到完全重合为止止(2)测量时，当测微螺杆测量时，当测微螺杆P将要接触被测物体时，要停上使将要接触被测物体时，要停上使用旋钮用旋钮K，改用微调旋钮，改用微调旋钮K，以避免，以避免P和被测物体间产生过和被测物体间产生过大的压力这样，既可以保护仪器，又能保证测量结果准大的压力这样，既可以保护仪器，又能保证测量结果准确当听到确当听到“咔、咔咔、咔”声后，停止转动，即可读数声后，停止转动，即可读数(3)螺旋测微器应估读一位，即以螺旋测微器应估读一位，即以mm作单位，应读到小数作单位，应读到小数点后面第三位点后面第三位(4)为防止读出的数据出现差错，可在读数前估计

13、大概读为防止读出的数据出现差错，可在读数前估计大概读数值，若发现最后读数与开始估计数值相差较大，立即检数值，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查出错原因，如半毫米刻线是否露出2测定金属的电阻率测定金属的电阻率 (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，测量待测导线接入电路的两个端点之间的长度况下进行，测量待测导线接入电路的两个端点之间的长度 (2)本实验中被测金属丝的电阻值较小，故须采

14、用电流表外本实验中被测金属丝的电阻值较小，故须采用电流表外 接法接法(3)开关开关S闭合前，滑动变阻器的阻值要调至最大闭合前，滑动变阻器的阻值要调至最大(4)电流不宜太大电流不宜太大(电流表用电流表用00.6 A量程量程)，通电时间不宜太长，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、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、待测金属丝、滑动变阻器连成干路，然后再把电压电流表、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测金属丝的两端表并联在待

15、测金属丝的两端十、误差分析十、误差分析1金属丝直径、长度的测量带来误差金属丝直径、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，所以流表外接，所以R测测R真真，由，由R ，知，知测测真真3通电电流过大，时间过长，致使电阻丝发热，电阻率随通电电流过大，时间过长，致使电阻丝发热，电阻率随 之变化带来误差之变化带来误差十一、实验改进十一、实验改进 在本实验中，由于电表内电阻的影响，从而使金在本实验中，由于电表内电阻的影响，从而使金属导线电阻测量值偏小，可以改进实验电路，消除由于属导线电阻测量值偏小，可以改进实验电路，消

16、除由于电表内阻的影响而带来的实验误差电表内阻的影响而带来的实验误差1等效替换法等效替换法 连接电路如图实连接电路如图实16所示，所示，R为为 电阻箱，电阻箱，Rx为待测电阻，通过调节为待测电阻，通过调节 电阻箱电阻箱R，使单刀双掷开关，使单刀双掷开关S分别接分别接 1和和2时，电流表中的电流示数相同，则表明时，电流表中的电流示数相同，则表明RxR， 即可测出即可测出Rx.图实图实162附加电阻法附加电阻法 连接电路如图实连接电路如图实17所示，所示， R1为一阻值较大的固定电阻，为一阻值较大的固定电阻， Rx为待测电阻为待测电阻 (1)S2断开，闭合断开，闭合S1，调节变，调节变 阻器阻器R，

17、使电流表、电压，使电流表、电压 表都有一个适当读数，记表都有一个适当读数，记 下两表读数下两表读数I1、U1. (2)保持变阻器保持变阻器R不变，再闭合不变，再闭合S2，记下两表的读数，记下两表的读数I2、U2. (3)待测电阻待测电阻Rx .图实图实17 用螺旋测微器测圆柱体的直径时，示数如图实用螺旋测微器测圆柱体的直径时，示数如图实18所示，此示数为所示，此示数为_mm.用游标为用游标为50分度的卡尺分度的卡尺(测测量值可准确到量值可准确到0.02 mm)测定某圆柱的直径时，卡尺上的示数测定某圆柱的直径时，卡尺上的示数如图实如图实19所示，可读出所示，可读出圆柱的直径为圆柱的直径为_mm.

18、图实图实18图实图实19 解题指导解题指导螺旋测微器读数时，首先要明确其精确螺旋测微器读数时，首先要明确其精确度为度为0.01 mm，读取固定刻度上的数值时，要看半毫米刻度，读取固定刻度上的数值时，要看半毫米刻度线是否露出；游标卡尺读数时应注意精确度、单位，读法为线是否露出；游标卡尺读数时应注意精确度、单位，读法为主尺读数加游标卡尺读数主尺读数加游标卡尺读数对于图实对于图实58，读数是，读数是(811.60.01)mm8.116 mm，对于图实对于图实59，读数是，读数是(4260.02) mm42.12 mm. 答案答案8.11642.12 (2009广东高考广东高考)某实验小组利用实验室提

19、供的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：输出为器材探究一种金属丝的电阻率所用的器材包括：输出为3 V的直流稳压电源、电流表、待测金属丝、螺旋测微器的直流稳压电源、电流表、待测金属丝、螺旋测微器(千分千分尺尺)、米尺、电阻箱、开关和导线等、米尺、电阻箱、开关和导线等 (1)他们截取了一段金属丝，他们截取了一段金属丝，拉直后固定在绝缘的米尺上，并在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，并连接电路器材，设计实验电路，并连接电路实物图实物图(图

20、实图实110)所示所示图实图实110 (2)实验的主要步骤如下：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，合正确连接电路，设定电阻箱的阻值，开启电源，合上开关；上开关； 读出电流表的示数，记录金属夹的位置；读出电流表的示数，记录金属夹的位置； 断开开关，断开开关，_，合上开关，重复，合上开关，重复的操作的操作 (3)该小组测得电流与金属丝接入长度关系的数据，该小组测得电流与金属丝接入长度关系的数据，并据此绘出了图实并据此绘出了图实111所示的关系图线，其斜率为所示的关系图线，其斜率为_A1m1(保留三位有效数字保留三位有效数字)；图线纵轴截距与电；图线纵轴截距与电源电动势

21、的乘积代表了源电动势的乘积代表了_的电阻之和的电阻之和图实图实111 (4)他们使用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图实他们使用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图实112所示金属丝的直径是所示金属丝的直径是_，图实，图实111中图中图线的斜率、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量是_，其数值和单位为，其数值和单位为_(保留三位有效数字保留三位有效数字)图实图实112 解题指导解题指导(3)k A1m110.5 A1m1.L0时纵轴截距与电动势的乘积是时纵轴截距与电动势的乘积是 ，表示此时电路，表示此时电路中的总电阻中的总电阻

22、(4)由闭合电路欧姆定律可得由闭合电路欧姆定律可得EI(RrRA)，又有，又有R ，联立得，联立得 可知斜率为可知斜率为 所以所以三者之积为电阻率三者之积为电阻率，其值，其值9.89107 m.答案答案(1)如图实如图实113所示所示图实图实113 (2)改变金属丝上金属夹的位置改变金属丝上金属夹的位置 (3)10.510.6金属丝接入长度为零时全电路金属丝接入长度为零时全电路(或电或电阻箱、电流表阻箱、电流表) (4)0.1980.202 mm金属丝的电阻率金属丝的电阻率9.691071.02106 m 如图实如图实114甲所示，有一铜棒，两端间的电甲所示，有一铜棒，两端间的电阻阻R很小，数

23、量级为很小，数量级为101，现欲用伏安法测定其电阻为了，现欲用伏安法测定其电阻为了便于导线的连接，用金属做了两个便于导线的连接，用金属做了两个“箍箍”套在铜棒的两端，套在铜棒的两端，图乙中的图乙中的A、B表示两个导电箍表示两个导电箍图实图实114 (1)导电箍与铜棒之间存在接触电阻，接触电阻的数导电箍与铜棒之间存在接触电阻，接触电阻的数量级也为量级也为101，与金属棒的电阻在同一数量级上，所以，与金属棒的电阻在同一数量级上，所以接触电阻对测量结果的影响是不能忽略的请用接触电阻对测量结果的影响是不能忽略的请用r表示导电表示导电箍与铜棒间的接触电阻，箍与铜棒间的接触电阻，R表示铜棒自身电阻根据图乙

24、所表示铜棒自身电阻根据图乙所示的实物连线图，在下面的虚线框中画出这个实物连线图示的实物连线图，在下面的虚线框中画出这个实物连线图的电路图的电路图 (2)用图乙所示的电路，得到的铜棒电阻的测量值与其用图乙所示的电路，得到的铜棒电阻的测量值与其真实值相比，测量值明显偏大还是偏小？真实值相比，测量值明显偏大还是偏小？_. (3)按照图乙所示的接线方式，接触电阻使测量结果产按照图乙所示的接线方式，接触电阻使测量结果产生误差偏差的主要原因是生误差偏差的主要原因是_ A电压表的示数与被测电阻上的电压值相差悬殊，而电压表的示数与被测电阻上的电压值相差悬殊，而电流表的示数与通过被测电阻的电流值接近电流表的示数与通过被测电阻的电流值接近 B电压表的示数与被测电阻上的电压值接近，而电流电压表的示数与被测电阻上的电压值接近，而电流表的示数与通过被测电阻的电流值相差悬殊表的示数与通过被测电阻的电流值相差悬殊 (4)如果再做两个同样的导电箍如果再做两个同样的导电箍C、D套在铜