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2018版 第3章 第5節(jié) 實驗:測定金屬的電阻率

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1、2021版第3章第5節(jié)實驗: 測定金屬的電阻率 第5節(jié)實驗:測定金屬的電阻率 一、 實驗?zāi)康? (D學(xué)會使用螺旋測微器及正確讀數(shù). (2) 學(xué)會用伏安法測電阻. (3) 測定金屬的電阻率. 二、 實驗原理 1 ?用毫米刻度尺測一段金屬絲導(dǎo)線的長度Z,用螺旋測微器測導(dǎo)線的直徑 d,用伏安法測導(dǎo)線的電阻尺,由R=pS,得卩=竽=讐? 2?用伏安法測電阻,其原理為Z=r,那么R=U,即測出導(dǎo)體兩端的電壓 和通過的電流,便可計算出導(dǎo)體的電阻?但在測量中通常有兩種方式,即電流 表的內(nèi)接法與外接法. ⑴電流表內(nèi)、外接法的比擬 內(nèi)接法 外接法 電路圖 —?— 誤差原因 電

2、流表分壓 U =U+UA 測 x A 電壓表分流 1測一屮 電阻測量值 U , R 一〒測一R +ra>r 測 I x A x 測 測量值大于真實值 r =^=RR+r 昏,應(yīng)選用電流表內(nèi)接法; (巧假設(shè)???,應(yīng)選用電流表外接法; (逍)假設(shè)晉"=詹,兩種方法均可. 3 ?螺

3、旋測微器的原理及應(yīng)用 ⑴結(jié)構(gòu):如圖3-5-1所示,測砧A和固定刻度B固定在尺架C上,可動刻 度E、旋鈕D、微調(diào)旋鈕D'、測微螺桿F是連在一起的,通過精密螺紋套在B 上. 圖 3-5-1 ⑵測量原理: 螺旋測微器的螺距是0.5 mm,螺栓上可動刻度一周為50 格,當(dāng)螺栓每轉(zhuǎn)一 周時,前進(jìn)(或后退)一個螺距0.5 mm?假設(shè)螺栓每轉(zhuǎn)過1格,前進(jìn)(或后退)0?01 mm,因此螺旋測微器的精確度為0.01 mm. (3)操作與讀數(shù): 使用螺旋測微器時,將被測物體放在小砧A和測微螺桿F之間,先使用粗 調(diào)旋鈕D,在測微螺桿F快靠近被測物體時,改用微調(diào)旋鈕D',聽到咔咔聲 音停止轉(zhuǎn)動,并用止動旋

4、鈕止動,然后讀數(shù)?讀數(shù)時,在固定刻度尺上讀出大 于0.5 mm的局部,在可動刻度上讀出缺乏0.5 mm的局部,讀可動刻度示數(shù)時 還要注意估讀一位數(shù)字. 螺旋測微器的讀數(shù)可用下式表示:螺旋測微器的讀數(shù)=固定尺上的讀數(shù)+ 可動尺上的讀數(shù)X精確度?如圖3-5-2所示,讀數(shù)為6.5 mmX20.3 mm=6.703 mm. 圖 3-5-2 三、實驗器材 被測金屬絲、米尺、螺旋測微器、電壓表、電流表、直流電源、開關(guān)、滑 動變阻器和導(dǎo)線假設(shè)干. 一、實驗步驟 1 ?用螺旋測微器在導(dǎo)線的三個不同位置上各測一次,并記錄. 2 ?將金屬絲兩端固定在接線柱上懸空掛直,用毫米刻度尺測量接入電路的 金屬

5、絲長度Z(即有效長度),反復(fù)測量三次,并記錄. 3?依照圖3-5-3中所示的電路圖用導(dǎo)線把器材連好,并把滑動變阻器的阻 值調(diào)至最大. 圖 3-5-3 4?電路經(jīng)檢查無誤后,閉合開關(guān)S,改變滑動變阻器滑動片的位置,讀出 幾組相應(yīng)的電流表、電壓表的示數(shù)I和U的值;記入記錄表格內(nèi),斷開開關(guān)S. 5 ?拆去實驗線路,整理好實驗器材. 二、數(shù)據(jù)處理 1 ?根據(jù)記錄結(jié)果,計算出金屬絲的直徑d和長度l的平均值. 2?根據(jù)記錄的I、U值,計算出金屬絲的平均電阻值R. 3?將測得的R、1、d的值,代入電阻率計算公式 RS_ n?d2R 尸 了=~4T 中,計算出 金屬絲的電阻率. 三

6、、 誤差分析 1 ?直徑和長度的測量造成偶然誤差,應(yīng)采取屢次測量取平均值的方法減小 誤差. 2 ?電壓表、電流表讀數(shù)造成偶然誤差?讀數(shù)時,視線垂直于表盤,可減小 誤差. 3 ?測量電路中電壓表、電流表的接法對金屬絲電阻測量造成系統(tǒng)誤差,由 于電路采用電流表外接法,造成電阻的測量值偏小. 4 ?通過電流過大,時間過長,使金屬絲發(fā)熱導(dǎo)致電阻率變大而引起誤差. 四、 考前須知 1 ?導(dǎo)線的長度是連入電路的導(dǎo)線的有效長度(而不是金屬絲的總長度). 2 ?由于被測金屬導(dǎo)線的阻值較小,為了減小測量誤差,應(yīng)選用電流表外接 法. 3 ?測電阻時,電流不宜過大,通電時間不宜太長. 4?為準(zhǔn)確求

7、出R的平均值,應(yīng)采用U-I圖象法求電阻. 實驗探究1實驗器材的選擇 例 某學(xué)習(xí)小組為測量一銅芯電線的電阻率,他們截取了一段電線, 用米尺測出其長度為1,用螺旋測微器測得其直徑為。,用多用電表測得其電阻 值約為2 Q,為提高測量的精度,該小組的人員從以下器材中挑選了一些元件, 設(shè)計了一個電路,重新測量這段導(dǎo)線(用Rx表示)的電阻. A?學(xué)生電源(直流電壓3 V) B?電壓表V](量程為0-3.0 V,內(nèi)阻約為2 kft) C?電壓表V2(量程為0?15?0 V,內(nèi)阻約為6 kA) D?電流表A](量程為0?0?6 A,內(nèi)阻約為1 A) E?電流表A2(量程為0?3?0 A,內(nèi)

8、阻約為0.1 Q) F?滑動變阻器R1(最大阻值10 Q,額定電流2.0 A) G?滑動變阻器R2(最大阻值1 kA 額定電流0.5 A) H?定值電阻R0(阻值為3 Q) I ?開關(guān)S一個,導(dǎo)線假設(shè)干 ,滑動變阻器選, (1)為提高實驗的精確度,請你為該實驗小組設(shè)計電路圖,并畫在方框中. ?(只 (2) 實驗時電壓表選 填代號). (3) 某次測量時,電壓表示數(shù)為S電流表示數(shù)為兒那么該銅芯電線材料的 電阻率的表達(dá)式為p= . 【解析】⑴比擬電壓表內(nèi)阻、電流表內(nèi)阻和待測電阻的大小關(guān)系,可得 測量電路必須用電流表外接法,滑動變阻器采用分 (限流式接法如

9、下圖). 選V];干路中電流的最大值Imax二;U二二丄 A = 0.6 A,電流表應(yīng)選A1 ;考 ⑵電源的電壓為3.0 V,考慮到電壓表的■程和精確度兩個因素,電壓表應(yīng) Rx+R0 2 + 3 亠 U l ⑶由R =)=Pg=P? 慮到實驗的準(zhǔn)確性,滑動變阻器阻值越小越便于調(diào)節(jié),故滑動變阻器應(yīng)選R1. 【答案】 (1)見解析(2)B D F (3)nDU D2nU ?p■育- 實驗探究2對實驗數(shù)據(jù)處理的考查 例 實驗室購置了一捆標(biāo)稱長度為100 m的銅導(dǎo)線,某同學(xué)想通過實 驗測定其實際長度.該同學(xué)首先測得導(dǎo)線橫截面積為1.0 mmzXIOr Q?m,再利 用圖3-5

10、-4甲所示電路測出銅導(dǎo)線的電阻? 從而確定導(dǎo)線的實際長度. 圖 3-5-4 可供使用的器材有: 電流表:量程0.6 A,內(nèi)阻約0.2 Q 電壓表:量程3 V,內(nèi)阻約9 kA 滑動變阻器心最大阻值5Q 滑動變阻器尺2:最大阻值20 A 定值電阻:尺0=3 A 電源:提供6 V電壓 開關(guān)、導(dǎo)線假設(shè)干. 答復(fù)以下問題: (1) 實驗中滑動變阻器應(yīng)選 (填“血”或“R2” ),閉合開關(guān)S前應(yīng)將 滑片移至 端(填“/或“b")? (2) 在實物圖中,已正確連接了局部導(dǎo)線,請根據(jù)圖3-5-5甲電路完成剩余局 部的連接. 圖 3-5-5 (3) 調(diào)節(jié)滑動變阻器,當(dāng)電流表的讀數(shù)為

11、0.50 A時,電壓表示數(shù)如圖乙所示, 讀數(shù)為 V. (4) 導(dǎo)線實際長度為 m(保存2位有效數(shù)字). 【解析】(1)根據(jù)R= p,得銅導(dǎo)線的阻值約為Rx = 1.7 A ,即Rx+R0R1, 那么當(dāng)滑動變阻器滑片移至a端時,電壓表的示數(shù)約為3 V,假設(shè)滑動變阻器滑 片向右移動,電壓表示數(shù)變大,超過電壓表■程,故實驗中的滑動變阻器應(yīng)選 R2?閉合幵關(guān)S前應(yīng)使電路中的電阻最大,故滑動變阻器滑片應(yīng)移至a端. ⑵連線如下圖 ⑶電壓表的示數(shù)為2.30 V. (4)根據(jù)歐姆定律,銅導(dǎo)線與Ro的串聯(lián)電阻R = U=,0?50) Q = 4?6 Q ,所以 銅導(dǎo)線的電阻R =R-R0 = 1.6 Q? 0 根據(jù)Rx = p^S得度 1=竽=名日許? m~94 m. 【答案】(1)R2 a⑵如下圖(3)2.30(2.29?2.31均正確)(4)94(93?95 均正確)

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