1、实验八测定金属的电阻率(同时练习使用螺旋测微器)学生用书P162一、实验目的1掌握控制电路的连接方法及电流表、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3会用伏安法测电阻，进一步测定金属的电阻率二、实验原理由电阻定律R，得R，可知需要测出金属丝的长度l和它的直径d，并计算出横截面积S，并用伏安法测出电阻Rx，即可计算出金属的电阻率用伏安法测金属丝的电阻的实验电路如图甲、乙所示三、实验器材被测金属丝、螺旋测微器、毫米刻度尺、电池组、电流表、电压表、滑动变阻器、开关、导线若干四、实验步骤1直径测定：用螺旋测微器在被测金属导线上的三个不同位置各测一次直径，求出其平均值d，计算出
2、导线的横截面积S.2电路连接：按实验原理电路图甲或乙连接好电路3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效长度，反复测量3次，求出其平均值l.4U、I测量：把滑动变阻器的滑片调节到使其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S，改变滑动变阻器滑片的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值，记入表格内，断开开关S.5拆除实验电路，整理好实验器材五、数据处理1在求Rx的平均值时可用两种方法(1)用Rx分别算出各次的阻值，再取平均值(2)用UI图线的斜率求出阻值2计算电阻率将记录的数据Rx、l、d的值代入电阻率计算式Rx.六、误差分析1金属丝的横截面积是利
3、用直径计算而得的，直径的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，由于采用的是电流表外接法，测量值小于真实值，使电阻率的测量值偏小3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4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，因此实验电路一般采用电流表外接法2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3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4采用图甲所示电路时，闭合开关S前，应将滑
4、动变阻器的滑片置于最左端；若采用图乙所示电路，闭合开关S前，应将滑动变阻器滑片置于最右端5在用伏安法测电阻时，通过待测导线的电流I不宜过大(电流表用00.6 A量程)，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实验原理和电路连接学生用书P163【典题例析】要测量某种合金的电阻率(1)若合金丝长度为L，直径为D，阻值为R，则其电阻率_用螺旋测微器测合金丝的直径如图甲所示，读数为_mm. (2)图乙是测量合金丝阻值的原理图，S2是单刀双掷开关根据原理图在图丙中将实物连线补充完整(3)闭合S1，当S2 处于位置a时，电压表和电流表的示数分别为U11.35 V，I1
5、0.30 A；当S2处于位置b时，电压表和电流表的示数分别为U20.92 V，I20.32 A根据以上测量数据判断，当S2处于位置_(选填“a”或“b”)时，测量相对准确，测量值R_(结果保留2位有效数字). 解析(1)合金丝电阻R，则电阻率；由题图甲所示螺旋测微器可知，其示数为0.5 mm15.30.01 mm0.653 mm.(2)实物电路图如图所示(3)根据0.32，0.07，可知电压表示数变化较大，说明电流表分压作用较大，因此必须采用电流表外接法，即S2处于位置b.根据欧姆定律可得R 2.9 .答案(1)0.653(0.6510.655均正确)(2)见解析图(3)b2.9 在“测定金属
6、的电阻率”的实验中，某同学所测的金属导体的形状如图甲所示，其横截面为空心的等边三角形，外等边三角形的边长是内等边三角形边长的2倍，内三角形为中空为了合理选用器材设计测量电路，他先用多用表的欧姆挡“1”按正确的操作步骤粗测其电阻，指针如图乙，则读数应记为_ .现利用实验室的下列器材，精确测量它的电阻R，以便进一步测出该材料的电阻率：A电源E(电动势为3 V，内阻约为1 )B电流表A1(量程为00.6 A，内阻r1约为1 )C电流表A2(量程为00.6 A，内阻r25 )D最大阻值为10 的滑动变阻器R0E开关S，导线若干(1)请在图丙虚线框内补充画出完整、合理的测量电路图(2)先将R0调至最大，
7、闭合开关S，调节滑动变阻器R0，记下各电表读数，再改变R0进行多次测量在所测得的数据中选一组数据，用测量量和已知量来计算R时，若A1的示数为I1，A2的示数为I2，则该金属导体的电阻R_(3)该同学用直尺测量导体的长度为L，用螺旋测微器测量了外三角形的边长a.测边长a时，螺旋测微器读数如图丁所示，则a_ mm.用已经测得的物理量I1、I2、L、a及题中所给物理量可得到该金属材料电阻率的表达式为_解析：多用电表读数为：61 6 ；(1)测量电路如图所示；(2)由欧姆定律可知：I2r2(I1I2)R，解得R；(3)螺旋测微器读数a5.5 mm0.01 mm16.55.665 mm；导体的截面积Sa
8、2a2，则根据欧姆定律R，解得.答案：6(1)电路图见解析图(2)(3)5.665(5.6635.667)伏安法测电阻的电路选择方法(1)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Rx较小，宜采用电流表外接法；若Rx较大，宜采用电流表内接法(2)临界值计算法Rx时，用电流表内接法(3)实验试探法：按如图所示电路图接好电路，让电压表的一根接线柱P先后与a、b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，则可采用电流表外接法；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，则可采用电流表内接法 对数据处理和误差分析的考查学生用书P164【典题例析】某
9、同学通过实验测量一种合金的电阻率(1)用螺旋测微器测量合金丝的直径为防止读数时测微螺杆发生转动，读数前应先旋紧如图甲所示的部件_(选填“A”“B”“C”或“D”)从图中的示数可读出合金丝的直径为_mm.甲乙(2)如图乙所示是测量合金丝电阻的电路，相关器材的规格已在图中标出合上开关，将滑动变阻器的滑片移到最左端的过程中，发现电压表和电流表的指针只在图示位置发生很小的变化由此可以推断：电路中_(选填图中表示接线柱的数字)之间出现了_(选填“短路”或“断路”) .(3)在电路故障被排除后，调节滑动变阻器，读出电压表和电流表的示数分别为2.23 V和38 mA，由此，该同学算出接入电路部分的合金丝的阻
10、值为 58.7 .为了更准确地测出合金丝的阻值，在不更换实验器材的条件下，对实验应作怎样的改进？ 请写出两条建议：_；_.解析(1)螺旋测微器读数时应先将锁紧装置锁紧，即旋紧B.螺旋测微器的示数为(041.00.01)mm0.410 mm.(2)电压表的示数不为零，电流表的示数几乎为零，说明连接两电表的电路是导通的而滑动变阻器几乎不起作用，说明线路电阻很大，故可判断7、8、9间断路(3)由题意知0.005”“”或“”)Rx真. (2)另一同学找来一恒压电源，按图3所示电路先后将接线端P分别接a处和b处，测得相关数据如表2所示，该同学利用该数据可算出Rx的真实值为_. 表2U(V)I(A)接线端
11、P接a2.560.22接线端P接b3.000.20解析(1)由题图1所示螺旋测微器可知，金属丝直径为1.5 mm20.40.01 mm1.704 mm.由表中实验数据可知，电压表右侧接线端P接a、b两点时，电流表示数几乎不变，电压表示数变化较大，说明电压表内阻很大，电压表分流很小，几乎为零，电流表分压较大，故电流表应采用外接法，电压表右侧接线端P应接a点，金属丝电阻Rx测 12 ；电流表采用外接法，由于电压表分流作用，电流的测量值大于真实值，由欧姆定律可知，金属丝电阻测量值小于真实值(2)由题图3及表2数据可得RA 2 ，则RxRA 2 13 .答案(1)1.704(1.7031.706均正确
12、)电压表内阻远大于金属丝电阻，电压表分流几乎为零12(2)13 (2017高考全国卷)某同学利用如图(a)所示的电路测量一微安表(量程为100 A，内阻大约为2 500 )的内阻可使用的器材有：两个滑动变阻器R1、R2(其中一个阻值为20 ，另一个阻值为2 000 )；电阻箱Rz(最大阻值为99 999.9 )；电源E(电动势约为1.5 V)；单刀开关S1和S2.C、D分别为两个滑动变阻器的滑片(1)按原理图(a)将图(b)中的实物连线(2)完成下列填空：R1的阻值为_(填“20”或“2 000”)为了保护微安表，开始时将R1的滑片C滑到接近图(a)中滑动变阻器的_端(填“左”或“右”)对应的
13、位置；将R2的滑片D置于中间位置附近将电阻箱Rz的阻值置于2 500.0 ，接通S1.将R1的滑片置于适当位置，再反复调节R2的滑片D的位置最终使得接通S2前后，微安表的示数保持不变，这说明S2接通前B与D所在位置的电势_(填“相等”或“不相等”)将电阻箱Rz和微安表位置对调，其他条件保持不变，发现将Rz的阻值置于2 601.0 时，在接通S2前后，微安表的示数也保持不变待测微安表的内阻为_(结果保留到个位)(3)写出一条提高测量微安表内阻精度的建议：_.解析：(2)R1起分压作用，应选用最大阻值较小的滑动变阻器，即R1的电阻为20 ，为了保护微安表，闭合开关前，滑动变阻器R1的滑片C应移到左
14、端，确保微安表两端电压为零；反复调节D的位置，使闭合S2前后微安表的示数不变，说明闭合后S2中没有电流通过，B、D两点电势相等；将电阻箱Rz和微安表位置对调，其他条件保持不变，发现将Rz的阻值置于2 601.0 时，在接通S2前后，微安表的示数也保持不变说明，则解得RA2 550 .(3)要提高测量微安表内阻的精度，可调节R1上的分压，尽可能使微安表接近满量程答案：(1)连线如图(2)20左相等2 550(3)调节R1上的分压，尽可能使微安表接近满量程学生用书P1661在“测定金属的电阻率”的实验中，若待测金属丝的电阻约为5 ，要求测量结果尽量准确，提供以下器材供选择：A电池组(3 V，内阻1
15、 )B电流表(03 A，内阻0.012 5 )C电流表(00.6 A，内阻0.125 )D电压表(03 V，内阻4 k)E电压表(015 V，内阻15 k)F滑动变阻器(020 ，允许最大电流1 A)G滑动变阻器(02 000 ，允许最大电流0.3 A)H开关、导线若干(1)实验时应从上述器材中选用_(选填仪器前的字母代号)(2)测电阻时，电流表、电压表、待测金属丝电阻Rx在组成测量电路时，应采用电流表_(选填“外”或“内”)接法，待测金属丝电阻的测量值比真实值偏_(选填“大”或“小”)(3)若用螺旋测微器测得金属丝的直径d的读数如图所示，则读数为_mm.(4)若用L表示金属丝的长度，d表示直
16、径，测得电阻为R，请写出计算金属丝电阻率的表达式_解析：(1)电池组电压是3 V，流过金属丝的最大电流Im0.5 A，故电流表选C，电压表选D；滑动变阻器选最大阻值小的，便于调节，故选F；另外要选导线、开关(2)因为40，800，故电流表选择外接法，外接法测量值偏小(3)根据螺旋测微器的读数规则知，读数是0.5 mm40.00.01 mm0.900 mm.(4)由于R，解得.答案：(1)ACDFH(2)外小(3)0.900(4)2小张同学打算测量某种由合金材料制成的金属丝的电阻率.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(内阻为几千欧)、电流表(内阻为几欧)、滑动变阻器
17、、电源、开关、待测金属丝及导线若干(1)用毫米刻度尺测量其长度，用螺旋测微器测量其直径，结果分别如图甲和图乙所示由图可知其长度L_ cm，直径为D_ mm；(2)该同学计划要用图象法求出电阻的阻值，要求电压从0开始变化请将图丙所示实物电路图中所缺部分补全；(3)图丁是实验中测得的6组电流I、电压U的值描的点，由图求出的电阻值R_ .(保留3位有效数字)解析：(1)金属丝长度测量值为59.40 cm；螺旋测微器的读数为43.40.01 mm0.434 mm，即金属丝直径测量值为0.434 mm.(2)要求电压从0开始变化，故滑动变阻器采用分压式接法(3)用直线拟合各数据点，使直线通过尽量多的点，
18、其他点均匀分布在直线两侧，舍弃离直线较远的点，直线的斜率表示金属丝的电阻，故R5.80 .答案：(1)59.400.434(2)如图所示(3)5.803在“探究导体电阻与其影响因素的定量关系”的实验中：(1)某实验小组用如图甲所示电路对镍铬合金丝和康铜丝进行探究，a、b、c、d是四种金属丝实验小组讨论时，某同学对此电路提出异议，他认为，电路中应该串联一个电流表，只有测出各段金属丝的电阻，才能分析电阻与其影响因素的定量关系你认为需不需要串联电流表？并简单说明理由：_.几根镍铬合金丝和康铜丝的规格如下表所示电路图中金属丝a、b、c分别为下表中编号为A、B、C的金属丝，则金属丝d应为下表中的_(用表
19、中编号D、E、F表示)编号材料长度L/m横截面积S/mm2A镍铬合金0.300.50B镍铬合金0.500.50C镍铬合金0.301.00D镍铬合金0.501.00E康铜丝0.300.50F康铜丝0.501.00(2)该实验小组探究了导体电阻与其影响因素的定量关系后，想测定某金属丝的电阻率用毫米刻度尺测量金属丝长度为L80.00 cm，用螺旋测微器测金属丝的直径如图乙所示，则金属丝的直径d为_. 按图丙所示连接好电路，测量金属丝的电阻R.改变滑动变阻器的阻值，获得六组I、U数据描在如图丁所示的坐标系上由图可求得金属丝的电阻R_，该金属丝的电阻率_m(结果保留2位有效数字). 解析：(1)在串联电
20、路中电流处处相等，串联电阻两端的电压与电阻成正比，不需要测出电流，根据电阻两端电压大小即可比较出电阻大小探究影响电阻大小的因素，应采用控制变量法，实验已选编号为A、B、C的金属丝，根据控制变量法的要求，应控制金属丝的长度与横截面积相等而材料不同，因此d应选表中的E.(2)由图示螺旋测微器可知，其示数为1.5 mm10.00.01 mm1.600 mm.根据坐标系内的点作出UI图线如图所示，由图可知，金属丝的电阻为R 0.52 ；由电阻定律R可得，电阻率 m1.3106 m.答案：(1)不需要，串联电路中的电流处处相等，电压与电阻成正比E(2)1.600 mm0.521.31064某同学测量一个
21、圆柱体的电阻率，需要测量圆柱体的尺寸和电阻(1)分别使用游标卡尺和螺旋测微器测量圆柱体的长度和直径，某次测量的示数如图甲和乙所示，长度为_cm，直径为_mm.(2)按图丙连接电路后，实验操作如下：将滑动变阻器R1的阻值置于最_处(选填“大”或“小”)；将S2拨向接点1，闭合S1，调节R1，使电流表示数为I0.将电阻箱R2的阻值调至最_(选填“大”或“小”)，S2拨向接点2；保持R1不变，调节R2，使电流表示数仍为I0，此时R2阻值为1 280 .(3)由此可知，圆柱体的电阻为_ .解析：(1)游标卡尺的精度为0.1 mm，所以L(5010.1)mm5.01 cm，螺旋测微器的读数为d(531.60.01)mm5.316 mm.(2)为了保护电流表，在接通电路之前，要使电路中的总电阻尽可能大，然后慢慢减小电路中的电阻为使电路电流较小，使电流表示数逐渐变大，电阻箱阻值也应先调至最大(3)将S1闭合，S2拨向接点1时，其等效电路图如图甲所示当S2拨向2时，其等效电路图如图乙所示由闭合电路欧姆定律知I，当I相同均为I0时，R2R圆柱体，所以R圆柱体1 280 .答案：(1)5.015.316(5.3145.328)(2)大大(3)1 280