实验八　测定金属的电阻率 同时练习使用螺旋测微器

实验八测定金属的电阻率(同时练习使用螺旋测微器)实验解读·核心突破分类研析·拓展提升实验解读·核心突破●注意事项1.螺旋测微器的使用(1)测量前须校对零点.(2)测量时,当测微螺杆将要接触被测物体时,要改用微调旋钮.(3)螺旋测微器应估读一位,即以mm作单位,应读到小数点后面第三位.(4)方法:固定刻度数mm+可动刻度数(估读一位)×0.01mm.2.游标卡尺及读数(1)看清精确度:10分度、20分度、50分度的精度分别为0.1,0.05,0.02.(2)主尺上标识的1,2,3等数字单位是厘米,最小刻度是1mm.(3)读数方法(mm):主尺刻度数(mm)+游标尺与主尺刻度的对齐数×精度.例如读数为(50+4×0.05)mm=50.20mm.3.电流表和电压表的读数若刻度盘上每一小格为1,0.1,0.01,…时,需估读到最小刻度值的下一位.其他如每一小格为2,0.2,0.02,…或5,0.5,0.05,…时,只需估读到最小刻度值的位数.5.测定金属的电阻率(1)先测直径,再连电路.应该把所测量的待测金属丝的两个端点之间的长度接入电路.(2)本实验中被测金属丝的电阻值较小,应采用电流表外接法.(3)电流不宜太大(电流表用0～0.6A量程),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.●误差分析1.测量金属丝直径、长度以及电流、电压带来误差.3.通电电流过大,时间过长,致使金属丝发热,电阻率随之变化带来误差.常规实验类型一[例1]

小张同学打算测量由某种合金材料制成的金属丝的电阻率ρ,待测金属丝的横截面为圆形.实验器材有:毫米刻度尺、螺旋测微器、电压表(内阻约几千欧)、电流表(内阻约几欧)、滑动变阻器、电源、开关、待测金属丝(电阻约为几欧)及导线若干.(1)用毫米刻度尺测量待测金属丝的长度,用螺旋测微器测量其直径,结果分别如图1和图2所示,可得其长度L=

cm,直径D=

mm.

分类研析·拓展提升解析:(1)待测金属丝长度测量值为59.40cm;螺旋测微器的读数为0+43.8×0.01mm=0.438mm,即待测金属丝直径为0.438mm.答案:(1)59.40

0.438(0.436～0.439均可)(2)该同学要用图象法求出待测金属丝的阻值,要求电压从0开始变化.请将图3所示实物电路图中所缺导线补全.解析:(2)要求电压从0开始变化,故滑动变阻器采用分压接法;待测金属丝电阻较小,电流表采用外接法.实物电路图连接如图(甲)所示.答案:(2)见解析图(甲)(3)图4是根据实验中测得的6组电流I、电压U的值描绘的点,由图可求出电阻值R=

Ω(保留3位有效数字).

解析:(3)在题图4中用直线拟合各数据点,使直线通过尽量多的点,其他点均匀分布在直线两侧,舍弃离直线较远的点,如图(乙)所示,直线的斜率表示待测金属丝的电阻,根据所画直线可得R≈5.80Ω.答案:(3)5.80(5.70～5.90均可)(4)请写出待测金属丝的电阻率ρ的表达式ρ=

(用测得的物理量符号和已知常数表示).

[例2]

(2019·贵州铜仁月考)(1)游标卡尺的读数为

cm,螺旋测微器的读数为

mm.

解析:(1)游标卡尺主尺刻度为14mm,游标尺刻度为10×0.05mm=0.50mm,故游标卡尺的读数为14mm+0.50mm=14.50mm=1.450cm;螺旋测微器固定刻度为3mm,可动刻度为20.5×0.01mm=0.205mm.故螺旋测微器的读数为3mm+0.205mm=3.205mm.答案:(1)1.450

3.205(2)某同学设计了一个测量金属丝电阻率的实验.如图(甲)所示,将已知直径为d的待测金属丝固定在接线柱a,b上,在金属丝上安装一个小金属滑片c,连接好电路,电路中R0是保护电阻,已知电压表的内阻远大于金属丝的电阻,电压表的分流作用可以忽略不计.闭合开关后电流表的读数为I0,调节滑片c的位置,分别测出长度L及所对应的电压值U,然后作出U-L图象.①A,B,C,D四个测量电路应选

电路.

解析:(2)①电压表的分流作用可以忽略不计,故选择电流表外接法,即为A测量电路;答案:(2)①A②测得U-L图线的斜率为k,则该电阻丝电阻率的表达式为

.

1.(2019·河南郑州一模)用伏安法测定铁铬铝合金电阻率的实验中,实验器材如下:长度为1m直径不同的四根铁铬铝合金丝(直径:D1=0.4mm、D2=0.5mm、D3=0.7mm、D4=0.9mm),电压表(量程0～3V、内阻约为3kΩ),电流表(量程0～0.6A、内阻约为0.05Ω),两个不同规格的滑动变阻器(R1:最大阻值20Ω,额定电流2A;R2:最大阻值1000Ω,额定电流0.5A),干电池两节,开关一个,导线若干.小明采用如图(甲)所示的电路图对四根合金丝分别进行了四次实验,每次实验时滑动变阻器的触头始终处于同一位置(不计合金丝改变引起的电压变化),记录电表数据如下:1.67V,1.45V,1.10V,0.83V,0.37A,0.21A,0.15A.题组训练解析:(1)电流表读数0.30A.(2)电路中滑动变阻器采用分压式接法,应选择阻值较小的R1.(3)电路中若接入的合金丝直径越大,则其电阻越小,则电流表的读数越大.答案:(1)0.30(2)R1(3)越大(1)还有一个电流表读数如图(乙)所示,则电流为

A.

(2)实验中滑动变阻器应选择

(选填“R1”或“R2”).

(3)ab端接铁铬铝合金丝的直径越大,电流表读数应

(选填“越大”或“越小”).

(4)根据上述数据,求得铁铬铝合金的电阻率约为

Ω·m.(结果保留两位有效数字)

答案:(4)1.4×10-62.(2019·湖南长沙适考)长郡中学新进了一批电阻丝,每卷长度L=100m,阻值约为150Ω,高三物理兴趣小组想尽量准确测岀其电阻率,且实验中要求通过电阻丝的电流从0开始逐渐增大.先用螺旋测微器测岀电阻丝的直径如图所示,然后在实验室找来了下列器材,请协助完成.待测电阻丝1卷电源E(电动势4.5V,内阻r≈0.5Ω)电流表A1(量程10mA,内阻RA1=50Ω)电流表A2(量程30mA,内阻RA2≈30Ω)滑动变阻器R1(最大阻值为20Ω)滑动变阻器R2(最大阻值为50Ω)定值电阻R3=100Ω定值电阻R4=400Ω开关一个、导线若干解析:(1)螺旋测微器的读数由固定刻度和可动刻度两部分组成,直径d=3.0mm+46.5×0.01mm=3.465mm=0.3465cm.(2)由于要求通过电阻丝电流从0开始逐渐增大,因此滑动变阻器采用分压接法,则滑动变阻器尽量选择阻值较小的,所以选择R1;由于无电压表,需要用电流表A1串联一个分压电阻改装为量程为4.5V的电压表使用,所以定值电阻选R4.答案:(1)0.3465

(2)R1

R4(1)螺旋测微器测出电阻丝的直径d=

cm.

(2)滑动变阻器应选用

,定值电阻应选用

.

(3)请用笔画线代替导线,将已连接了三根导线的实物图补充成实验线路图.解析:(3)滑动变阻器选用分压接法,即电流表外接法,实物连线如图所示.答案:(3)见解析(4)连接电路,闭合开关,移动滑动变阻器,并记录下多组电流表A1的示数I1、电流表A2的示数I2,以I1为横坐标,I2为纵坐标,描点作图并测得图象的斜率为k,则电阻丝的电阻率为

(用题中已给出的字母表示),此法测量出的电阻率较真实值

(选填“偏大”“偏小”或“无系统误差”).

[例3]

(2019·天津卷,9)现测定长金属丝的电阻率.(1)某次用螺旋测微器测量金属丝直径的结果如图所示,其读数是

mm.

创新实验类型二解析:(1)d=20.0×0.01mm=0.200mm.答案:(1)0.200(0.196～0.204均可)(2)利用下列器材设计一个电路,尽量准确地测量一段金属丝的电阻.这段金属丝的电阻Rx约为100Ω,画出实验电路图,并标明器材代号.电源E

(电动势10V,内阻约为10Ω)电流表A1 (量程0～250mA,内阻R1=5Ω)电流表A2 (量程0～300mA,内阻约为5Ω)滑动变阻器R (最大阻值10Ω,额定电流2A)开关S及导线若干答案:(2)见解析解析:(2)本题中测量金属丝的电阻,无电压表,故用已知内阻的电流表A1充当电压表,由于电流表A1的额定电压UA1=ImR1=1.25V,比电源电动势小得多,故电路采用分压式接法,电路图如图所示.(3)某同学设计方案正确,测量得到电流表A1的读数为I1,电流表A2的读数为I2,则这段金属丝电阻的计算式Rx=

.从设计原理看,其测量值与真实值相比

(选填“偏大”“偏小”或“相等”).

[例4]

(2019·江苏卷,11)某同学测量一段长度已知的电阻丝的电阻率.实验操作如下:(1)螺旋测微器如图1所示.在测量电阻丝直径时,先将电阻丝轻轻地夹在测砧与测微螺杆之间,再旋动

(选填“A”“B”或“C”),直到听到“喀喀”的声音,以保证压力适当,同时防止螺旋测微器的损坏.

解析:(1)旋转微调旋钮C.答案:(1)C(2)选择电阻丝的

(选填“同一”或“不同”)位置进行多次测量,取其平均值作为电阻丝的直径.

解析:(2)电阻丝的粗细不一定均匀,为保证测量结果准确,应在不同位置测直径,然后取平均值作为测量值.答案:(2)不同(3)如图2甲图中Rx为待测电阻丝.请用笔画线代替导线,将滑动变阻器接入图2乙图实物电路中的正确位置.解析:(3)滑动变阻器采用分压式接入电路,注意线不能交叉.答案:(3)如图1所示(4)为测量Rx,利用图2甲图所示的电路,调节滑动变阻器测得5组电压U1和电流I1的值,作出的U1-I1关系图象如图3所示.接着,将电压表改接在a,b两端,测得5组电压U2和电流I2的值,数据见下表:U2/V0.501.021.542.052.55I2/mA20.040.060.080.0100.0请根据表中的数据,在方格纸上作出U2-I2图象.解析:(4)将所给的5组数据标注在U-I图象中,用过原点的直线把它们连在一起,让尽可能多的点在直线上.答案:(4)如图2所示(5)由此,可求得电阻丝的电阻Rx=

Ω.根据电阻定律可得到电阻丝的电阻率.

答案:(5)23.5(23.0～24.0都算对)1.(2019·北京通州区模拟)为测定电流表内电阻Rg,实验中备用的器件有:A.电流表(量程0～100μA)B.标准电压表(量程0～5V)C.电阻箱(阻值范围0～999Ω)D.电阻箱(阻值范围0～99999Ω)E.电源(电动势2V)F.电源(电动势6V)G.滑动变阻器(阻值范围0～50Ω,额定电流1.5A),还有若干开关和导线.题组训练解析:(1)该实验是半偏电流法测电流表的内阻.要求S2闭合前后加在电流表两端电压几乎不变,则应使R1尽可能大,为此电源选F,R1选D.S2闭合后,调整R2,使电流表半偏时,R2的阻值在几百欧即可,则R2选C.答案:(1)DCF(1)如果采用如图所示的电路利用半偏法测定电流表G的内电阻并且想得到较高的精确度,那么从以上备用器件中,可变电阻R1应选用

,可变电阻R2应选用

,电源应选用

(用字母代号填写).

(2)如果实验时要进行的步骤有:a.合上开关S1;b.合上开关S2;c.观察R1的阻值是否最大,如果不是,将R1的阻值调到最大;d.调节R1的阻值,使电流表指针偏转到满刻度;e.调节R2的阻值,使电流表指针偏转到满刻度的一半;f.记下R2的阻值.把以上步骤的字母按实验的合理顺序为

.

答案:(2)cadbef解析:(2)实验前,应将R1的阻值调到最大;合上开关S1;调节R1的阻值,使电流表指针偏转到满刻度;保持R1的阻值不变,合上开关S2;调节R2的阻值,使电流表指针偏转到满刻度的一半;记下R2的阻值.可认为电流表的内阻值就是R2的阻值.因此实验的合理顺序为cadbef.(3)如果在步骤f中所得R2的阻值为600Ω,则图中电流表的内电阻Rg的测量值为

Ω.

(4)如果再给出:H.电源(电动势8V);I.电源(电动势12V),电源应选择

(选填选项前的字母).

解析:(3)由于f中通过电流表的电流和R2中的电流相等,且两者并联,则电流表的内电阻Rg的测量值等于R2的阻值,即600Ω.(4)若电源选用I,电阻箱D调至最大阻值,通过电流表G的电流超过其量程,因此电源应选择H.答案:(3)600

(4)H(5)某同学认为步骤e中不需要保证“电流表指针偏转到满刻度的一半”这一条件,也可测得电流表内阻Rg,请你分析论证该同学的判断是否可行.

答案:(5)可行2.(2019·湖北武汉联考)某同学在阅读科普资料时发现:输液用的生理盐水电导率为0.