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文档简介
1、实验八 测定金属的电阻率(同时练习使用螺旋测微器)1实验原理(如图 1 所示)由 Rl 得 RS,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,即可求Sl出金属丝的电阻率 .图 12实验器材被测金属丝,直流电源(4 V),电流表(00.6 A),电压表(03 V),滑动变阻器(050 ),开关,导线若干,螺旋测微器,毫米刻度尺3实验步骤(1)用螺旋测微器在被测金属丝上的三个不同位置各测一次直径,求出其平均值 d. (2)连接好用伏安法测电阻的实验电路(3)用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属丝的有效长度,反复测量三次,求出其平均值 l. (4)把滑动变阻器的滑片调节到使接入电
2、路中的电阻值最大的位置(5)闭合开关,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,填入表格内ld2(6)将测得的 Rx、l、d 值,代入公式 RS和 S中,计算出金属丝的电阻率41数据处理(1)在求 Rx 的平均值时可用两种方法U用 Rx I 分别算出各次的数值,再取平均值用 UI 图线的斜率求出(2)计算电阻率Sd2U的数据 Rx、l、d 的值代入电阻率计算公式 Rx l .将4lI2误差分析金属丝的横截面积是利用直径计算而得,直径的测量是产生误差的主要来源之一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金
3、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 3注意事项本实验中被测金属丝的电阻值较小,因此实验电路一般采用电流表外接法实验连线时,应先从电源的正极出发,依次将电源、开关、电流表、被测金属丝、滑动变阻器连成主干线路,然后再把电压表并联在被测金属丝的两端(3)测量被测金属丝的有效长度,是指测量被测金属丝接入电路的两个端点之间的长度,亦即电压表两端点间的被测金属丝长度,测量时应将金属丝拉直,反复测量三次,求其平均值(4)测金属丝直径一定要选三个不同部位进量,求其平均值闭合开关之前,一定要使滑动变阻器的滑片处在有效电阻值最大的位置
4、在用伏安法测电阻时,通过被测金属丝的电流不宜过大(电流表用 00.6 A 量程),通电时间不宜过长,以免金属丝的温度明显升高,造成其电阻率在实验过程中逐渐增大(7)若采用图象法求电阻阻值的平均值,在描点时,要尽量使各点间的距离拉大一些,连线时要尽可能地让各点均匀分布在直线的两侧,个别明显偏离较远的点可以不予考虑命题点一原型实验例 1在“测定金属的电阻率”的实验中,用螺旋测微器测量金属丝直径时的刻度位置如图2 所示,用米尺测出金属丝的长度 L,金属丝的电阻大约为 5 ,先用伏安法测出金属丝的电阻 R,然后根据电阻定律计算出该金属材料的电阻率图 2(1)从图中读出金属丝的直径为mm.(2)为此取来
5、两节新的干电池、开关和若干导线及下列器材: A电压表 03 V,内阻 10 kB电压表 015 V,内阻 50 kC电流表 00.6 A,内阻 0.05 D电流表 03 A,内阻 0.01 E滑动变阻器,010 F滑动变阻器,0100 要求较准确地测出其阻值,电压表应选,电流表应选,滑动变阻器应选(填序号)实验中某同学的实物接线如图 3 所示,请该同学实物接线中的两处明显错误图 3错误 1:;错误 2: .(1)0.680(2)ACE导线连接在滑动变阻器的滑片上 采用了电流表内接法(1)固定刻度读数为 0.5 mm,可动刻度读数为 18.00.01 mm0.180 mm,所以最终读数为:0.5
6、 mm0.180 mm0.680 mm;(2)因两节新的干电池的电动势为 3 V,应选量03 V 的电压表,故选 A;因金属丝的电阻大约为 5 ,流过电流表的电流大约为 IU3 A0.6 A,电流表应选 C;因金属丝的电R5阻大约为 5 ,且可选择的滑动变阻器阻值大于 5 ,故滑动变阻器采用限流式接法,应选 E;因RV Rx ,所以电流表采用外接法,该同学实物接线中的两处明显错误是:导线连接在滑Rx RA动变阻器的滑片上;采用了电流表内接法变式(2018陕西省咸阳市第一次模拟)某同学为测定电阻丝的电阻率 ,设计了如图 4 甲所示的电路,电路中 ab 是一段电阻率较大、粗细均匀的电阻丝,保护电阻
7、 R04.0 ,电源电动势 E3.0 V,电流表内阻忽略不计,滑片 P 与电阻丝始终接触良好图 4实验中用螺旋测微器测得电阻丝的直径如图乙所示,其示数为 d mm.实验时闭合开关,调节滑片 P 的位置,分别测量出每次实验中 aP 长度 x 及对应的电流值I,实验数据如表所示.1将表中数据描在I x 坐标纸中,如图丙所示,该图象的斜率的表达式 k(用题中字母表示),由图线求得电阻丝的电阻率 m(保留两位有效数字)1根据图丙中Ix 关系图线纵轴截距的物理意义,可求得电源的内阻为 r (保留两位有效数字) 4(2)1.11061.3(1)0.400Ed2(1)螺旋测微器固定刻度上的半毫米刻线没有露出
8、,可动刻度上的格数要估读一位,读数应为 0.01 mm40.00.400 mm;rR0 xd2E1Rx(2)由闭合电路的欧姆定律,I,变形得 rR RI E ,由电阻定律 RxS,S 4,E0 xrR0141代入上式得IEd2x,可看出I与 x 是一次函数关系,函Ex/m0.100.200.300.400.500.60I/A0.490.430.380.330.310.2811I /A2.042.332.633.033.233.573.571.77 4数图象的斜率 kEd2;由题图丙中的数据算出图象的斜率 kA1m13 A1m1,0.6033.143.041042kEd2则 m1.1106 m;
9、44题图丙中1x 关系图线的纵截距为 1.77,此时待测电阻丝电阻为零,由闭合电路欧姆定律得:IEI(rR0),解得 r1.3 .命题点二 测定液体的电阻率例 2(2018河北省“名校”质量监测一)为了咸湖出现的规律,某同学设计了一个检测河水电阻率的实验,他在一根均匀的长玻璃管两端装上两个橡胶塞和铂电极,如图 5 甲所示,两电极相距 L0.314 m,其间充满待测的河水,安装前他用如图乙所示的游标卡尺(图为卡尺的背面)测量玻璃管的内径,结果如图丙所示他还选用了以下仪器:量程 15 V,内阻约 300 k 的电压表;量程 300 A,内阻约 50 的电流表;最大阻值 1 k 的滑动变阻器;电动势
10、 E12 V,内阻 r6 的电池组、开关各一只,以及导线若干图丁坐标系中包括坐标为(0,0)的点在内的 9 个点表示他测得的 9 组电流 I、电压 U 的值,根据以上材料完成以下问题:图 5测量玻璃管的内径时,应将图乙所示游标卡尺中的 A、B、C 三部分中的与玻璃管内壁接触(填代号)玻璃管的内径 dmm.图戊中的实物仪器有一部分已连线,将其他部分连接成能测出图丁数据的实物连接图 (4)水的电阻率 (结果保留两位有效数字)(1)A(2)5.50(3)见图 (4)7.6 m(1)测量玻璃管内径时,应将游标卡尺中的 A 部分与玻璃管的内径接触(2)游标卡尺的读数为 d5 mm 1 10 mm5.50
11、 mm.20(3)根据 UI 图象可知电流从零开始,所以滑动变阻器采用分压式接法,由 UI 图象可算出水柱的电阻远大于电流表内阻,所以电流表采用内接法,实物连线图120UL(4)UI 图象的斜率表示水柱的电阻,即 R1105 ,又因为 R ,IS1201063.145.51032d2d2S,联立解得 R 4L ,则 1105m7.6 m.440.314命题点三 电阻测量的方法1伏安法外接法电路图内接法特点:大内小外(内接法测量值偏大,测大电阻时应用内接法测量,外接法测量值偏小,测小电阻时应采用外接法测量)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(1)如图 6 甲所示
12、,两电压表的满偏电流接近时,若已知 V1 的内阻 R1,则可测出 V2 的内阻U2R2U R .11(2)如图乙所示,两电压表的满偏电流 IV1IV2 时,若已知 V1 的内阻 R1,V1 并联一定值电阻 U2R0 后,同样V2 的内阻 R2.U1U1R1 R0图 6例 3用以下器材可测量电阻 Rx 的阻值待测电阻 Rx,阻值约为 600 ;电源 E,电动势约为 6 V,内阻可忽略不计;电压表 V1,量电压表 V2,量电流表 A,量0500 mV,内阻 r11 000 ;06 V,内阻 r2 约为 10 k;00.6 A,内阻 r3 约为 1 ;定值电阻 R0,R060 ;滑动变阻器 R,最大
13、阻值为 150 ;单刀单掷开关 S 一个,导线若干(1)测量中要求两只的读数都不小于其量程的1,请在虚线框中画出,并能测量多组数据3测量电阻 Rx 的实验电路图(2)若选择测量数据中的一组来计算Rx,则由已知量和测量量计算 Rx的表达式为Rx ,式中各符号的意义是(所有物理量用题中代表符号表示)U2U1R0r1(1)见图 (2)U1 为电压表 V1 的读数,U2 为电压表V2 的读数,r1 为U1R0r1电压表 V1 的内阻,R0 为定值电阻(1)电路中的最大电流为 Im 6 V 0.01 A,电流表量程太大,可以把电压表 V1 并联600 一个定值电阻改装成电流表,电压表选择 V2 即可,要
14、求测量多组数据,滑动变阻器采用分压式接法,电路U1R0r1U2U1U1U1(2) 流过被测电阻的电流为 I r1 R0 U2U1R0r1,被测电阻的阻值为Rx R0r1I.U1R0r13安安法若电流表内阻已知,则可将其当作电流表、电压表以及定值电阻来使用(1)如图 7 甲所示,当两电流表所能测得的最大电压接近时,如果已知 A1 的内阻 R1,则可测I1R1.得 A2 的内阻 R2I2(2)如图乙所示,当两电流表的满偏电压 UA2UA1 时,如果已知 A1 的内阻 R1,A1 串联一定I1R1R0值电阻 R0 后,同样可测得A2 的电阻 R2.I2图 7用伏安法测定一个待测电阻 Rx 的阻值(阻
15、值约为 200 ),例 4提供如下器材:电池组 E:电动势 3 V,内阻不计;电流表 A1:量程 015 mA,内阻约为 100 ; 电流表 A2:量程 0300 A,内阻约为 1 000 ;滑动变阻器 R1:阻值范围 020 ,额定电流 2 A;电阻箱 R2:阻值范围 09 999 ,额定电流 1 A;开关 S、导线若干要求实验中尽可能准确地测量 Rx 的阻值,请回答下列问题:(1)为了测量待测电阻两端的电压,可以将电流表(填写器材代号)与电阻箱串联,并将电阻箱阻值调到,这样可以改装成一个量3.0 V 的电压表(2)在图 8 中补充完整测量 Rx 阻值的电路图,并在图中标明器材代号图 8(3
16、)调节滑动变阻器 R1,两表的示数如图 9 所示,可读出电流表 A1 的示数是 mA,电流表 A2 的示数是A,测得待测电阻 Rx 的阻值是本次测量存在一定的系统误差,考虑这个原因,则测量值比真实值(选填“偏大”或“偏小”)图 9(3)8.0150187.5 偏小(1)A29 000(2)(1)把 A2 和 R2 串联起来充当电压表,此电压表量3 V,R231 000 3001069 000 .(3)由题图可知,电流表A1 的示数为 8.0 mA,电流表 A2 的示数是 150 A,1501061 0009 000待测电阻阻值为 Rx187.5 .8.0103采用电流表外接法,故测量的电流值偏
17、大,因此电阻的测量值比真实值偏小4半偏法(1)实验原理(如图 10):图 10(2)实验步骤:R1 阻值调至最大,闭合 S1,调节 R1 的阻值使示数偏值保持 R1 阻值不变,闭合 S2,调节 R2 使Rg 测R2. (3)误差分析:示数偏值的一半,同时R2 的值IgIg,所以闭合 S 后,R 与 R 的并联值 R I ,而此时的示数为2 ,所以 IR2222g并g总 gR2Rg,即 Rg 测”“”或“”)将上述电流表 G 串联一个 29 900 的电阻,改装成电压表,则该电压表的量程是V用它来测量电压时,表盘指针位置如图乙所示,此时电压表的读数大小为V.(1)BDA(2)100(3)32.4
18、(1)本题采用半偏法测电流表的内阻,故调节R1 的阻值,先使电流表的指针偏转到满刻度,然后再闭合 S2,保持 R1 不变,调节 R2 的阻值,使电流表的指针偏转到满刻度的一半,记下 R2 的阻值,故操作顺序为 BDA.(2)此时 R2 的阻值与 Rg 的阻值相等,故 Rg 的阻值大小也为 100 .随着 S2 的闭合,整个电路中的电流将会变大,但实际上仍然是按照电流不变时的电流来计算的,通过电阻箱R2的电流将比通过 G 的电流要大,又因为 R2 与 G 并联,电压一样,所以实际的电阻箱读数将小于电流表G 的内阻,所以 RgRg.(3)UIg(RgR)104(10029 900) V3 V,此时指针所指示的电压为 2.4 V.5替代法(1)实验原理(如图 12):图 12(2)实验步骤:S 先与 2 连接,的示数,再与 1 连接,调节 R 值使的示数与原值相等,则 RxR.(3)说明2对的要求,只要有刻度且不超过量程即可,与指针是否超3无关,因为电流表示数不参与运算例 6(2018卷23)某实验小组利用如图 13 所示的电路探究在 25 80 范围内某热敏电阻的温度特性所用器材有:置于温控室(图中虚线区域)中的热敏电阻 RT,其标称值 (25 时的阻值)为 900.0 ;电源 E(6 V,内阻可忽略);电压表 (量程 150 mV);定值电阻 R0(阻值 20.0
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