第二章 8 闭合电路的欧姆定律 实验：测定金属的电阻率-人教版高中物理选修3-1讲义

实验：测定金属的电阻率一、螺旋测微器的读数原理1.构造及原理如图所示，它的测砧A和固定刻度B固定在尺架C上，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，并通过精密螺纹套在B上，精密螺纹的螺距是0.5mm，即旋钮D每转一周，测微螺杆F前进或后退0.5mm，可动刻度分成50等份，每一等份表示0.01_mm.2.使用方法当A与F并拢时，可动刻度E的零点恰好跟固定刻度B的零点重合，逆时针旋转旋钮D，将测微螺杆F旋出，把被测物体放入A、F之间的夹缝中，再顺时针旋转旋钮D，F快要接触被测物时，要停止使用旋钮D，改用微调旋钮D′，直到听到“咔、咔”声.3.读数方法L＝固定刻度示数＋可动刻度示数(估读一位)×分度值.注意：(1)以毫米为单位时，小数点后面要有三位有效数字，特别是最后一位估读数字为零时，不能省略.(2)在读数时注意半毫米刻度线是否已露出.二、测定金属的电阻率1.实验原理(1)把金属丝接入电路中，用伏安法测金属丝的电阻R(R＝eq\f(U,I)).电路原理图如图所示.(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S(S＝eq\f(πd2,4)).(3)由电阻定律R＝ρeq\f(l,S)，得ρ＝eq\f(RS,l)＝eq\f(πd2R,4l)＝eq\f(πd2U,4lI)，求出电阻率.2.实验器材螺旋测微器、毫米刻度尺、电压表、电流表、定值电阻、开关及导线、被测金属导线、电池、滑动变阻器.3.实验步骤(1)测直径：用螺旋测微器在被测金属导线上三个不同位置各测一次直径，并记录.(2)连电路：按如图2所示的电路图连接实验电路.(3)量长度：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，重复测量3次，并记录.(4)求电阻：把滑动变阻器的滑动触头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，记入表格内，断开开关S.(5)拆除实验电路，整理好实验器材.4.数据处理电阻R的数值可用以下两种方法确定：(1)计算法：利用每次测量的U、I值分别计算出电阻，再求出电阻的平均值作为测量结果.(2)图象法：可建立I－U坐标系，将测量的U、I值描点作出图象，利用图象的斜率来求出电阻值R.5.实验注意事项(1)因一般金属丝电阻较小，为了减少实验的系统误差，必须选择电流表外接法；(2)本实验若用限流式接法，在接通电源之前应将滑动变阻器调到阻值最大状态.(3)测量l时应测接入电路的金属丝的有效长度(即两接线柱之间的长度)；在金属丝的3个不同位置上用螺旋测微器测量直径d.(4)电流不宜过大(电流表用0～0.6A量程)，通电时间不宜太长，以免电阻率因温度升高而变化.1在“探究电阻与长度、横截面积的关系”的实验中，用刻度尺测量金属丝直径时的刻度位置如图所示，金属丝的匝数为36，用米尺测出金属丝的长度L，金属丝的电阻大约为5Ω，先用伏安法测出金属丝的电阻R，然后用控制变量法探究电阻与导体长度、横截面积的关系.(1)从图中读出金属丝的直径为________mm.(2)为此取来两节新的干电池、开关和若干导线及下列器材：A.电压表0～3V，内阻约10kΩB.电压表0～15V，内阻约50kΩC.电流表0～0.6A，内阻约0.05ΩD.电流表0～3A，内阻约0.01ΩE.滑动变阻器，0～10ΩF.滑动变阻器，0～100Ω①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)②实验中某同学的实物接线如图所示，请指出该同学实物接线中的两处明显错误.错误a：______________________________；错误b：___________________________.2在“测定金属的电阻率”的实验中需要测出其长度L、直径d和电阻R.(1)用螺旋测微器测金属丝直径时读数如图甲，则金属丝的直径为________mm.(2)若用图乙测金属丝的电阻，则测量结果将比真实值________.(填“偏大”或“偏小”)(3)用电压表和电流表测金属丝的电压和电流时读数如图所示，则电压表的读数为________V，电流表的读数为________A.3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l＝0.720m，用螺旋测微器测出金属丝直径(刻度位置如图所示)，用伏安法测出金属丝的电阻(阻值大约为5Ω)，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：A.直流电源(输出电压为3V)；B.电流表A(量程0～0.6A，内阻约0.125Ω)；C.电压表V(量程0～3V，内阻3kΩ)；D.滑动变阻器(最大阻值20Ω)；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Rx＝4.0Ω，则这种金属材料的电阻率为____________Ω·m(保留两位有效数字).4在“测定金属的电阻率”的实验中，待测金属丝的电阻Rx约为5Ω，实验室备有下列实验器材：A.电压表(量程0～3V，内阻约为15kΩ)；B.电压表(量程0～15V，内阻约为75kΩ)；C.电流表(量程0～3A，内阻约为0.2Ω)；D.电流表(量程0～0.6A，内阻约为1Ω)；E.变阻器R1(0～100Ω，0.6A)；F.变阻器R2(0～2000Ω，0.1A)；G.电池组E(电动势为3V)；H.开关S，导线若干.(1)为减小实验误差，应选用的实验器材有________(填器材前面的序号).(2)为减小实验误差，应选用如图中________(选填“甲”或“乙”)为该实验的电路原理图，并按所选择的电路原理图把如图中的实物图用线连接起来.(3)若用毫米刻度尺测得金属丝长度为60.00cm，用螺旋测微器测得金属丝的直径及两电表的示数如图所示，则金属丝的直径为__________mm，电阻值为__________Ω.5现在要测量一段电阻丝的电阻率ρ，其阻值Rx约为0.5Ω，允许通过的最大电流为0.5A.现有如下器材可供选择：电流表A(量程0.6A，内阻约为0.6Ω)电压表V(量程3V，内阻约为3kΩ)待测电阻丝Rx(阻值约为0.5Ω)标准电阻R0(阻值5Ω)滑动变阻器R1(5Ω，2A)滑动变阻器R2(200Ω，1.5A)直流电源E(E＝6V，内阻不计)开关S、导线若干(1)图为四位同学分别设计的测量电路的一部分，你认为合理的是________；(2)实验中滑动变阻器应该选择________(选填“R1”或“R2”)，并采用________接法；(3)根据你在(1)(2)中的选择，在图甲上完成实验电路的连接；(4)实验中，如果两电表的读数分别为U和I，测得拉直后电阻丝的长度为L、直径为D，则待测电阻丝的电阻率ρ的计算式为ρ＝________；(5)用螺旋测微器测量待测电阻丝的直径时读数如图乙所示，则该电阻丝的直径D＝________.

实验：测定金属的电阻率1答案(1)0.703(2)①ACE②错误a：导线连接在滑动变阻器的滑片上错误b：采用了电流表内接法解析(1)从图中可读出紧密绕制的金属丝的宽度为2.53cm，故直径为eq\f(2.53cm,36)≈0.0703cm＝0.703mm(0.701mm～0.705mm均可).(2)①因为两节干电池的电动势是3V，用3V量程的电压表A；因为金属丝的电阻大约为5Ω，如果把3V的电动势全加在金属丝上，电流才是0.6A，因此用量程是0.6A的电流表C；此题中金属丝的电阻大约为5Ω，为了减小实验误差，应选10Ω的滑动变阻器E.2答案(1)0.697(0.696,0.698也对)(2)偏小(3)2.600.52解析(1)螺旋测微器的读数为(0＋0.5＋0.01×19.7)mm＝0.697mm.(0.696mm,0.698mm也对)(2)题图乙中电流表采用外接法，故测量值偏小.(3)电压表精度为0.1V，其读数为2.60V；电流表精度为0.02A，其读数应为0.52A.3答案(1)0.600(2)如图所示(3)1.6×10－6解析(3)由R＝ρeq\f(l,S)得ρ＝eq\f(RS,l)＝eq\f(πRxd2,4l)，将Rx＝4.0Ω、l＝0.720m、d＝0.600mm＝0.600×10－3m代入得ρ≈1.6×10－6Ω·m.4答案(1)ADEGH(2)乙见解析图(3)0.637(0.636～0.638均可)2.4解析(1)由于电源的电动势为3V，所以电压表应选A；被测电阻约为5Ω，电路中的最大电流约为I＝eq\f(E,Rx)＝eq\f(3,5)A＝0.6A，电流表应选D；根据变阻器允许通过的最大电流可知，变阻器应选E；还要选用电池和开关，导线若干.故应选用的实验器材有A、D、E、G、H.(2)由于eq\f(RV,Rx)>eq\f(Rx,RA)，应采用电流表外接法，应选图乙所示电路，实物连接如图所示.(3)从螺旋测微器可以读出金属丝的直径为0.637mm，从电压表可以读出电阻两端电压为1.20V，从电流表可以读出流过电阻的电流为0.50A，被测金属丝的阻值为Rx＝eq\f(Ux,Ix)＝eq\f(1.20,0.50)Ω＝2.4Ω.5答案(1)C(2)R1分压(3)见解析图(4)eq\f(πD2,4L)(eq\f(U,I)－R0)(5)1.205(±0.002)mm解析(1)电阻Rx两端的最大电压U＝IRx＝0.25V，约为电压表量程的eq\f(1,10)，需要在待测电阻Rx两端串联分压电阻，即串联标准电阻R0，此时R0＋Rx＜eq\r(RARV)，电流表采用外接法，选项C正确.(2)滑动变阻器若选用R2并采用限流接法，