1、3 实验：导体电阻率的测量 实验目的 1掌握游标卡尺和螺旋测微器的原理及读数方法。2练习使用电流表、电压表及伏安法测电阻。3测定金属的电阻率。实验原理 1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)(如图11.3-1所示)。图11.3-1(2)原理：利用主尺的单位刻度(1 mm)与游标尺的单位刻度之间固定的微量差值提高测量精度的。常用的游标卡尺有10分度、20分度和50分度三种，其读数见下表：分度 刻度总长度 每小格与1 mm的差 精确度(可准确到)值 10 9 mm 0.1 mm 0.1 mm 20 19 mm 0.05 mm 0.05 mm 50 49 mm 0.
2、02 mm 0.02 mm(3)读数：若用 x 表示从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尺的刻度，则记录结果表示为(xK精确度)mm。2练习使用游标卡尺(1)用游标卡尺的外测量爪测量小钢球、小圆管的外径、教科书的厚度等。(2)用游标卡尺的内测量爪测量小圆管的内径、槽的宽度等。3螺旋测微器(1)构造：如图11.3-2所示，螺旋测微器的测砧A和固定刻度B是固定在尺架C上的；可动刻度E、旋钮D、微调旋钮D是与测微螺杆F连在一起的，通过精密螺纹套在B上。图11.3-2(2)原理：可动刻度 E 上的刻度为 50 等份，当旋钮 D 每旋转一周，螺杆 F便沿着旋转轴线方向
3、前进或后退 0.5 mm，圆周上的可动刻度 E 每旋转一格，螺杆 F 前进或后退0.550 mm，则螺旋测微器的精确度为 0.01 mm。(3)读数 测量时被测物体长度的半毫米数由固定刻度读出，不足半毫米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)。如图11.3-3所示，固定刻度示数为2.0 mm，而从可动刻度上读的示数为15.0，最后的读数为2.0 mm15.00.01 mm2.150 mm。图11.3-3 4练习使用螺旋测微器(1)测量A4纸的厚度。(2)测量头发丝的直径。5电阻率的测量原理(1)把金属丝接入电路中，
4、用伏安法测金属丝的电阻 RRUI。电路原理如图 11.3-4 所示。图 11.3-4(2)用毫米刻度尺测出金属丝的长度 l，用螺旋测微器测出金属丝的直径 d，算出横截面积 SSd24。(3)由电阻定律 RlS，得 RSl d2R4l d2U4lI，求出电阻率。实验器材 毫米刻度尺，螺旋测微器或游标卡尺，直流电流表和直流电压表，滑动变阻器(阻值范围050)，电池组，开关，被测金属丝，导线若干。实验步骤 1测直径：用螺旋测微器或游标卡尺在金属丝的三个不同位置上各测一次，并记录数据。2测长度：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l(即有效长度)，反复测量三次，并记
5、录。3连电路：依照电路图用导线把器材连好，并把滑动变阻器的阻值调至并联电路部分的电压为零处。4测U、I：电路经检查确认无误后，闭合开关S。改变滑动变阻器滑动触头的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值，记入记录表格内，断开开关S。5整理：拆除实验电路，整理好实验器材。数据处理 1金属丝直径的读数：(1)用游标卡尺测量金属丝直径时，电阻丝应置于外测量爪的平面处。(2)利用螺旋测微器测金属丝直径，读数时应特别小心半毫米刻度线是否露出。(3)因螺旋测微器的精确度为0.01 mm，可动刻度上对齐的格数需要估读。所以，若以毫米为单位的话，最后一位应出现在小数点后的第三位上。(4)把三个不同位
6、置的测量值求平均值作为直径d。2金属丝长度的测量：(1)应测量接入电路中的有效长度。(2)因为用的是毫米刻度尺，读数时要读到毫米的下一位(别忘记估读)。(3)把三次测量值求平均值作为长度l。3电阻R的测量值的确定：方法一：平均值法 可以将每次测量的U、I分别计算出电阻，再求出电阻的平均值，作为测量结果。方法二：图像法 可建立U-I坐标系，将测量的对应U-I值描点作出图像，利用图像斜率求出电阻值R。4计算出金属丝的电阻率：将测得的 R、l、d 的值，代入电阻率计算公式 RSl d2R4l。误差分析1金属丝直径、长度的测量带来偶然误差。2电流表外接法，R 测R 真，导致 测 真(系统误差)。3通电
7、时间过长，电流过大，都会导致电阻率发生变化(系统误差)。注意事项 1为了方便，应在金属导线连入电路前测导线直径，为了准确，应测量拉直悬空的连入电路的导线的有效长度，且各测量三次，取平均值。2测量电路应选用电流表外接法，且测电阻时，电流不宜过大，通电时间不宜太长，因为电阻率随温度而改变。3为准确求出R的平均值，应多测几组U、I数值，然后采用UI图像法求出电阻。(一)游标卡尺和螺旋测微器的读数典例1(1)用 20 分度的游标卡尺测量一粗细均匀圆柱体的长度，如图11.3-5 所示，由图可知其长度为_mm。图 11.3-5 图 11.3-6 (2)用螺旋测微器测量其直径如图 11.3-6 所示，由图可
8、知其直径为_mm。解析(1)20分度的游标卡尺精确度为0.05 mm，游标尺上第3格与主尺上的刻度线对齐，示数为0.053 mm0.15 mm，故长度为50 mm0.15 mm50.15 mm。(2)螺旋测微器固定刻度示数为4.5 mm，可动刻度示数为20.00.01mm0.200 mm，故直径为4.5 mm0.200 mm4.700 mm。答案(1)50.15(2)4.700 微点拨使用螺旋测微器时的注意点(1)螺旋测微器应估读一位，亦即以 mm 作为单位，应读到小数点后面的第三位。(2)读数时，除了观察固定刻度尺的整毫米刻度线外，特别要注意半毫米刻度线是否露出。【对点训练】1某同学用游标卡
9、尺测量一圆柱体的长度l，用螺旋测微器测量圆柱体的直径d，示数如图11.3-7甲、乙所示。图11.3-7 由图可读出l_cm，d_mm。解析：游标卡尺主尺读数为2.2 cm，游标尺读数为50.1 mm0.5 mm0.05 cm，故l2.2 cm0.05 cm2.25 cm；螺旋测微器的半毫米刻度线已露出，所以固定刻度为6.5 mm，再读出可动刻度上的格数(估读一位)0.01 mm，读数为6.5 mm36.00.01 mm6.860 mm。答案：2.25 6.860(二)仪器选择与电路设计典例2 某同学在一次“测定金属的电阻率”的实验中，用米尺测出接入电路部分的金属丝长度为 l0.720 m，用螺
10、旋测微器测出金属丝直径(刻度位置如图 11.3-8 所示)，用伏安法测出金属丝的电阻(阻值大约为 5)，然后计算出该金属材料的电阻率。在用伏安法测定金属丝的电阻时，除被测金属丝外，还有如下实验器材：图 11.3-8A直流电源(输出电压为3 V)B电流表A(量程00.6 A，内阻约0.125)C电压表V(量程03 V，内阻3 k)D滑动变阻器(最大阻值20)E开关、导线等(1)从图中读出金属丝的直径为_mm。(2)根据所提供的器材，在虚线框中画出实验电路图。(3)若根据伏安法测出金属丝的阻值为Rx4.0，则这种金属材料的电阻率为_ m(保留两位有效数字)。解析(1)螺旋测微器读数为 0.5 mm
11、10.00.01 mm0.600 mm。(2)由于电阻丝电阻较小，电流表采用外接法，滑动变阻器采用限流电路或分压电路都可以，实验电路如图所示：(3)由 RlS得 RSl Rxd24l，将 Rx4.0 、l0.720 m、d0.600 mm0.600103 m。代入得 1.6106 m。答案(1)0.600(2)见解析图(3)1.6106关键点拨(1)注意测金属丝电阻时，因电阻丝电阻较小，应采用电流表外接法。(2)应用电阻定律计算电阻率时，各量均应统一为国际单位制，计算结果要符合有效数字要求。【对点训练】2在测量金属丝电阻率的实验中，可供选用的器材如下：待测金属丝Rx(阻值约4，额定电流约0.5
12、 A)；电压表V(量程03 V，内阻约3 k)；电流表A1(量程00.6 A，内阻约0.2)；电流表A2(量程03 A，内阻约0.05)；电源E1(电源电压为3 V，内阻不计)；电源E2(电源电压为12 V，内阻不计)；滑动变阻器R(最大阻值约20)；螺旋测微器；毫米刻度尺；开关S；导线。图11.3-9(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图11.3-9所示，读数为_mm。(2)若滑动变阻器采用限流接法，为使测量尽量精确，电流表应选_，电源应选_。(均填器材代号)解析：(1)螺旋测微器的读数为1.5 mm27.40.01 mm1.774 mm。(2)在用伏安法测电阻时，为使测量结果尽量精确，则电流表、电压表指针需达到半偏以上，所以电流表选A1，电源选E1。电路原理图如图所示。答案：(1)1.774(1.7731.775均可)(2)A1 E1 见解析图 在虚线框内画出电路原理图。
