1、实验八 测定金属的电阻率实验要求1实验原理由 RlS得 RSl，因此，只要测出金属丝的长度 l，横截面积 S 和金属丝的电阻 R(用伏安法测电阻)，即可求出金属丝的电阻率.2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 3伏安法测电阻(1)电流表的内接法和外接法的比较比较电路图误差来源测量值与真实值关系适用范围外接法电压表分流 R 测U测I测 RVRxRVRxRx(RxRV)测小电阻内接法电流表分压 R 测U测I测RARxRx(RxRA)测大电阻(2)电路的选择临界值计算法：R0 RARV.RxR0时，用电流表内接法，Rx 测Rx 真4实验步骤
2、(1)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，求出平均值d，则导线横截面积 Sd24.(2)电路连接：按如图所示的原理电路图连接好用伏安法测电阻的实验电路(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.(4)U，I 测量：把滑动变阻器的滑动片调节到使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，改变滑动变阻器滑动片的位置，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.方法规律1数据处理(1)求 Rx的平均值时可用两种方法用 RxUI分别算出各次的数值，再取平均值用 UI
3、 图线的斜率求出(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 RxSld2U4lI.2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)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、待测金属导线、滑动变阻器连成主干线路(闭合电路)，然后再把电压表并联在待测金属导线的两端(3)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(4)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(5)闭合开关S之前，一定要使滑动变阻器
4、的滑片处在有效电阻值最大的位置(6)在用伏安法测电阻时，通过待测导线的电流强度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 3误差分析(1)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(2)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 基本仪器的使用 一、螺旋测微器的使用 1螺旋测微器的构造 如图所示是常用的螺旋测微器它的测砧A和固定刻度B固定在尺架C上旋钮D，微调旋钮D和可动刻度E，测微螺杆F连在一起，通过精密螺纹套在B上 2螺旋测微器的原理 测微螺杆
5、F与固定刻度B之间的精密螺纹的螺距为0.5 mm，即旋钮D每旋转一周，F前进或后退0.5 mm，而可动刻度E上的刻度为50等份，每转动一小格，F前进或后退0.01 mm，即螺旋测微器的精确度为0.01 mm.读数时估读到毫米的千分位上，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毫米数由固定刻度读出，小数部分由可动刻度读出测量值(mm)固定刻度数(mm)(注意半毫米刻度线是否露出)可动刻度数(估读一位)0.01(mm)二、游标卡尺 1构造：主尺、游标尺(主尺和游标尺上各有一个内外测量爪)、游标尺上还有一个深度尺，尺身上还有一个紧固螺钉 2用途：测量厚度、长度、深度、内径、外径 3
6、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 4读数：若用x表示由主尺上读出的整毫米数，k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，则记录结果表达为(xk精确度)mm.考点1 实验的考查1实验器材的选择(1)优先考虑安全因素：各电表的实际读数不能超过其量程，电阻类元件中的实际电流(或电压)不能超过其允许的最大电流(或电压)(2)考虑读数误差因素：一般要求各电表的实际读数不小于其量程的13，以减小读数误差2实验中由于金属丝的电阻较小，采用电流表外接法，由于电压表分流，导致测量的电阻偏小，因而得到的电阻率偏小，这是该实验的系统误差 例1(2014年山东卷)实验室购买了一捆标称长度
7、为100 m的铜导线，某同学想通过实验测定其实际长度该同学首先测得导线横截面积为1.0 mm2，查得铜的电阻率为1.7108 m，再利用图甲所示电路测出铜导线的电阻Rx，从而确定导线的实际长度甲 乙 可供使用的器材有：电流表：量程0.6 A，内阻约0.2 ；电压表：量程3 V，内阻约9 k；滑动变阻器R1：最大阻值5 ；滑动变阻器R2：最大阻值20 ；定值电阻：R03 ；电源：电动势6 V，内阻可不计；开关、导线若干 回答下列问题：(1)实验中滑动变阻器应选_(填“R1”或“R2”)，闭合开关S前应将滑片移至_端(填“a”或“b”)(2)在图乙所示的实物图中，已正确连接了部分导线，请根据图甲电
8、路完成剩余部分的连接(3)调节滑动变阻器，当电流表的读数为0.50 A时，电压表示数如图丙所示，读数为_V.(4)导线实际长度为_m(结果保留2位有效数字)丙 思路剖析：(1)实验器材选择需要考虑哪些因素？若滑动变阻器选择R1，能否保证电压表不超量程？能否方便的控制电路测量多组数据？(2)导线的实际长度可以根据电阻定律来求解【答案】(1)R2 a(2)见解析图(3)2.30(2.292.31均正确)(4)94(9395均正确)【解析】(1)根据 RlS得铜导线的阻值约为 Rx1.7 ，即 RxR04.7 .实验中的滑动变阻器若选 R1，则当滑动变阻器滑片移至 a 端时，电压表的示数约为3 V，
9、若滑动变阻器滑片向右移动，电压表示数变大，超过电压表量程，故实验中的滑动变阻器应选 R2.闭合开关 S 前应使电路中的电阻最大，故滑动变阻器滑片应移至a 端(2)连线如图所示(3)电压表的示数为 2.30 V.(4)根据欧姆定律，铜导线与 R0的串联电阻 RUI2.300.50 4.6 ，所以铜导线的电阻 RxRR01.6 .根据 RxlS得导线长度 lRxS 1.61.01061.7108 m94 m.练1 用伏安法测量电阻阻值R，并求出电阻率.给定电压表(内阻约为50 k)、电流表(内阻约为40)、滑动变阻器、电源、开关、待测电阻(约为250)及导线若干(1)在如图甲所示电路图中，电压表应
10、接_(填“a”或“b”)点(2)图丙中的6个点表示实验中测得的6组电流I、电压U的值，试作图并求出电阻阻值R_.(结果保留3位有效数字)(3)待测电阻是一均匀材料制成的圆柱体，用游标为50分度的卡尺测量其长度与直径，结果分别如图乙、图丁所示由图可知其长度为_mm，直径为_mm.(4)由以上数据可求出：_m.(结果保留3位有效数字)【答案】(1)a(2)见解析 229(221237)(3)8.02 1.92(4)8.26102【解析】(1)Rx RARV，应采用电流表外接法，故电压表应接 a 点(2)作图为过原点的直线，其中第 2 个点误差较大，应舍弃，如图所示图线的斜率即为电阻阻值，R229.
11、(3)50 分度游标卡尺的精确度为 0.02 mm，由图可知其长度为(80.021)mm8.02 mm，直径为(10.0246)mm1.92 mm.(4)由 d2R4l 可求得电阻率为 8.26102 m.如何进行实物图连线 1总的原则：先串后并，接线到柱，注意量程和正负 2对限流电路，只需用笔画线当作导线，从电源正极开始，把电源、开关、滑动变阻器、“伏安法”部分依次串联起来即可，注意电表的正负接线柱和量程，滑动变阻器应调到阻值最大处 3对分压电路，应该先把电源、开关和滑动变阻器的全部电阻丝三部分用导线连接起来，然后在滑动变阻器电阻丝两端之中任选一个接头，比较该接头和滑动头的电势高低，根据“伏
12、安法”部分电表正负接线柱的情况，将“伏安法”部分接入该两点间注意滑动变阻器应调到使“伏安法”部分所接两点间阻值最小处“测定金属的电阻率”实验的核心是导线电阻的测量，除伏安法外，还有几种常用的方法，这也是本实验的主要创新点 1安安法：将其中一个电流表(内阻已知)中换一个已知电阻作为电压表来测电压(相当于电表改装)2伏伏法：若电压表内阻已知，则可将其当作电流表、电压表和定值电阻来使用考点2 电阻的测量 3替代法测电阻如图所示，先让待测电阻与一电流表串联后接到电动势恒定的电源上，读出电流表示数I；然后将电阻箱与电流表串联后接到同一电源上，调节电阻箱的阻值，使电流表的示数仍为I，则电阻箱的读数即等于待
13、测电阻的阻值4半偏法测电流表内阻(1)断开 S2，闭合 S1，调节 R0，使 A 的示数满偏为 Ig；(2)保持 R0不变，闭合 S2，调节电阻箱 R，使 A 的示数为Ig2；(3)由上可得 RAR.例2 要测量电压表V1的内阻RV，其量程为2 V，内阻约2 k.实验室提供的器材有：电流表A：量程0.6 A，内阻约0.1；电压表V2：量程5 V，内阻约5 k；定值电阻R1：阻值30；定值电阻R2：阻值3 k；滑动变阻器R3：最大阻值100，额定电流1.5 A；电源E，电动势6 V，内阻约0.5；开关S一个、导线若干(1)有人拟将待测电压表V1和电流表A串联接入电压合适的测量电路中，测出V1的电
14、压和电流，再计算出RV.该方案实际上不可行，其最主要的原因是_；(2)请从上述器材中选择必要的器材，设计一个测量电压表V1的内阻RV的实验电路要求测量尽量准确，实验须在同一电路中，且在不增减元件的条件下完成试画出符合要求的实验电路图(图中电源与开关已连好)，并标出所选元件的相应字母代号；(3)由上问写出V1的内阻RV的表达式，说明式中各测量量的物理意义 _(1)电流表 A 不能准确测量出流过电压表 V1的电流(2)测量电压表 V1内阻 RV的实验电路见解析(3)RV U1R2U2U1，U1表示 V1的电压，U2表示 V1和 R2串联的总电压【解析】(1)待测电压表 V1的量程为 2 V，内阻约
15、 2 k，因而通过电压表 V1的电流为 1 mA，若待测电压表 V1和电流表 A 串联接入电路，电流表 A 指针偏转太小，误差很大(2)由于没有合适的电流表，而电压表内阻未知，题中又给出定值电阻，因而定值电阻可以代替电流表而电压表 V2，量程 5 V，电压表 V1的内阻 RV，其量程为 2 V，内阻约 2 k，为使两电压表同时有较大偏转，定值电阻的阻值应与电压表 V1的内阻 RV 比较接近，因而定值电阻选用 R2.滑动变阻器的阻值远小于待测电压表的内阻，滑动变阻器采用分压接法电路如图所示(3)根据欧姆定律可知 U1U2U1R2RV，故 RV U1R2U2U1.其中 U1表示 V1的电压，U2表
16、示 V1和 R2串联的总电压 练2 现要测量某小量程电流表的内阻，其内阻在58 之间，可选用的器材如下：A待测电流表A(量程10 mA)；B电压表V1(量程0.3 V，内阻约500)；C电压表V2(量程3 V，内阻约3 k)；D滑动变阻器R1(最大电阻10)；E滑动变阻器R2(最大电阻500)；F定值电阻R3(阻值10)；G电源E(电动势3 V)；H开关S及导线若干 要求测量结果尽可能精确且电流表、电压表的示数能从零开始调节(1)电压表应选用_，滑动变阻器应选用_；(填器材序号字母)(2)在方框内画出实验电路图并标明符号；(3)电流表A内阻的表达式为RA_，式中各符号的物理意义为：_.【答案】
17、(1)B D(2)如图(3)UIR3 U 为电压表读数，I 为电流表读数，R3为定值电阻【解析】(1)据器材特征本题测电阻应该用电压表与电流表直接并联的伏安法待测电流表的满偏电压由 UAIARA，可求出 UA0.050.08 V 之间，仍与量程较小的电压表 V1相差较大，考虑将定值电阻待测电流表与定值电阻 R3与电流表串联来调节两只表偏角的匹配问题UAIA(RAR3)，代入数据可得 UA 0.150.18 V 之间，能超过电压表 V1量程的13，所以电压表应选 B；由于要求电流和电压从零调，所以变阻器应采用分压式接法，应选阻值小的 R1以方便调节，所以变阻器应选 D(2)由上面分析可知，电路图
18、如图所示(3)根据欧姆定律和串并联规律应有 UI(RAR3)，解得 RAUIR3.其中 U 为电压表读数，I 为电流表读数，R3为定值电阻 1解决电学设计性实验题的基本思路(1)明确实验目的：实验陈述的情景，知道题目给定的已知量和未知量，给你设定的任务目的是什么，需要做哪些工作，需要测量哪些数据(2)明确实验条件：从所给器材中获取信息，如有哪些电表和量程，内阻是大约值还是精确值等(3)确定实验原理：根据题目设定的任务目的和给定器材，要用怎样的原理，要用怎样的实验步骤(4)选择实验器材：根据实验原理，选出器材有时要进行尝试性的运算如通过估算待测电路的最大电流、最大电压，可以确定电表量程(5)确定
19、实验电路：一般程序是先确定测量电路，再确定控制电路 2测电阻是物理实验考察热点中的热点，器材特征则是设计性实验选择原理电路的重要依据，中学常用的测电阻方法，都有很明显的器材特征伏安法需要电流表和电压表；比例法需要已知电阻和双电流表或者双电压表；半偏法是比例法的变化类型，需要一只电表和电阻箱；等效替代法必然有一只电表，电阻箱和单刀双掷开关；至于电桥法则需要一只电表和三个已知电阻(其中一个必须是电阻箱)热点题组一 实验的考查 1(2017届黄冈月考)某同学测量一个圆柱体的电阻率，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图乙所示，长度
20、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_(填“大”或“小”)处；将S2拨向接点1，闭合S1，调节R1，使电流表示数为I0.模拟精选 组合专练甲 乙 丙将电阻箱 R2的阻值调至最_(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_.【答案】(1)5.01 5.315(2)大 大(3)1 280【解析】(1)长度 l5.0 cm1 110 mm5.01 cm；直径 d5 mm31.50.550mm5.315 mm.(2)为保护电路使电路中电流不
21、会超出电流表量程，应将滑动变阻器接入电路的阻值置于最大处为使电路中电流较小，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甲 乙 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 IER1Rr，当 I 相同均为 I0时，R2R 圆柱体，所以 R 圆柱体1 280.热点题组二 电阻测量 2(2017届大同质检)用下列器材测量未知电阻Rx(约5；允许通过的最大电流为3 A)电流表A1(量程0.6 A，内阻约为0.5);电流表A2(量程3 A，内阻约为0.1);定值电阻A3(电阻为9 900)；微安表A(量程Ig300
22、A，内阻Rg100)；电源E(电动势6 V，内阻约为0.01)；电键K、导线若干；滑动变阻器R1(最大阻值20，允许通过的最大电流3 A)；(1)请设计实验电路，标明所用器材的符号(2)若选测量数据中的一组来计算Rx，则所用的表达式为Rx_.并说明式中测得量符号的意义是：_.【答案】(1)如图所示(2)IR0RgI1I(式中 I为微安表 A 的读数，I1为电流表 A1的读数)【解析】(1)本题中没有给电压表，只能用已知准确内阻的微安表测 Rx两端的电压但是用它测电压的量程(UgIgRg0.03 V)又太小，故可以把定值电阻 R0与微安表串联，改做量程较合适的电压表使用，改装后可以测量的最大电压为 UmIg(Rg R0)3 V电路原理图如图所示.注：由于流过 Rx的最大电流约 0.6 A，故选电流表 A1而不选 A2测电流(2)由图可知：RxIR0RgI1I，式中 I为微安表 A 的读数，I1为电流表 A1的读数