高中物理 第3章 恒定电流 第5节 实验：测定金属的电阻率学案 3-1

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精PAGEPAGE1学必求其心得，业必贵于专精第5节实验：测定金属的电阻率一、实验目的(1）学会使用螺旋测微器及正确读数．(2)学会用伏安法测电阻．(3)测定金属的电阻率．二、实验原理1．用毫米刻度尺测一段金属丝导线的长度l，用螺旋测微器测导线的直径d，用伏安法测导线的电阻R，由R＝ρeq\f（l，S），得ρ＝eq\f（RS,l）＝eq\f(π·d2R，4l）。2．用伏安法测电阻，其原理为I＝eq\f(U，R），则R＝eq\f（U，I）,即测出导体两端的电压和通过的电流，便可计算出导体的电阻．但在测量中通常有两种方式，即电流表的内接法与外接法．(1)电流表内、外接法的比较内接法外接法电路图误差原因电流表分压U测＝Ux＋UA电压表分流I测＝Ix＋IV电阻测量值R测＝eq\f(U测，I测）＝Rx＋RA>Rx测量值大于真实值R测＝eq\f（U测，I测）＝eq\f（RxRV，Rx＋RV)〈Rx测量值小于真实值适用条件Rx≫RARx≪RV(2)两种接法的选择①比较法（ⅰ）若R≪RV，说明电压表的分流作用较弱,应用电流表外接法;(ⅱ）若R≫RA，说明电流表的分压作用较弱,应选用电流表内接法．②比值法（ⅰ）若eq\f(R,RA）〉eq\f（RV,R)，应选用电流表内接法；(ⅱ)若eq\f（R，RA）〈eq\f（RV，R),应选用电流表外接法；（ⅲ）若eq\f(R，RA)＝eq\f（RV,R)，两种方法均可．3．螺旋测微器的原理及应用（1）结构:如图3­5­1所示，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′、测微螺杆F是连在一起的，通过精密螺纹套在B上．图3。5­1(2)测量原理：螺旋测微器的螺距是0。5mm，螺栓上可动刻度一周为50格,当螺栓每转一周时，前进（或后退）一个螺距0.5mm。若螺栓每转过1格，前进(或后退）0。01mm，因此螺旋测微器的精确度为0。01mm.（3）操作与读数：使用螺旋测微器时，将被测物体放在小砧A和测微螺杆F之间，先使用粗调旋钮D，在测微螺杆F快靠近被测物体时，改用微调旋钮D′，听到咔咔声音停止转动，并用止动旋钮止动，然后读数．读数时，在固定刻度尺上读出大于0。5mm的部分，在可动刻度上读出不足0.5mm的部分，读可动刻度示数时还要注意估读一位数字．螺旋测微器的读数可用下式表示：螺旋测微器的读数＝固定尺上的读数＋可动尺上的读数×精确度．如图3.5。2所示，读数为6.5mm＋0。01×20.3mm＝6.703mm.图3­5­2三、实验器材被测金属丝、米尺、螺旋测微器、电压表、电流表、直流电源、开关、滑动变阻器和导线若干.一、实验步骤1．用螺旋测微器在导线的三个不同位置上各测一次，并记录．2．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，并记录．3．依照图3.5。3中所示的电路图用导线把器材连好，并把滑动变阻器的阻值调至最大．图3.5­34．电路经检查无误后,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；记入记录表格内，断开开关S。5．拆去实验线路,整理好实验器材．二、数据处理1．根据记录结果，计算出金属丝的直径d和长度l的平均值．2．根据记录的I、U值,计算出金属丝的平均电阻值R.3．将测得的R、l、d的值，代入电阻率计算公式ρ＝eq\f(RS，l)＝eq\f(π·d2R,4l)中，计算出金属丝的电阻率．三、误差分析1．直径和长度的测量造成偶然误差，应采取多次测量取平均值的方法减小误差．2．电压表、电流表读数造成偶然误差．读数时,视线垂直于表盘,可减小误差．3．测量电路中电压表、电流表的接法对金属丝电阻测量造成系统误差，由于电路采用电流表外接法，造成电阻的测量值偏小．4．通过电流过大，时间过长，使金属丝发热导致电阻率变大而引起误差．四、注意事项1．导线的长度是连入电路的导线的有效长度（而不是金属丝的总长度)．2．由于被测金属导线的阻值较小,为了减小测量误差，应选用电流表外接法．3．测电阻时，电流不宜过大,通电时间不宜太长．4．为准确求出R的平均值，应采用U。I图象法求电阻．实验探究1实验器材的选择某学习小组为测量一铜芯电线的电阻率，他们截取了一段电线，用米尺测出其长度为l，用螺旋测微器测得其直径为D，用多用电表测得其电阻值约为2Ω，为提高测量的精度,该小组的人员从下列器材中挑选了一些元件，设计了一个电路，重新测量这段导线（用Rx表示）的电阻．A．学生电源（直流电压3V)B．电压表V1(量程为0～3.0V，内阻约为2kΩ）C．电压表V2（量程为0~15.0V，内阻约为6kΩ）D．电流表A1（量程为0～0。6A，内阻约为1Ω)E．电流表A2(量程为0～3。0A，内阻约为0.1Ω)F．滑动变阻器R1(最大阻值10Ω，额定电流2.0A)G．滑动变阻器R2(最大阻值1kΩ，额定电流0.5A）H．定值电阻R0(阻值为3Ω）I．开关S一个，导线若干（1）为提高实验的精确度，请你为该实验小组设计电路图，并画在方框中．（2)实验时电压表选________,电流表选________，滑动变阻器选________（只填代号)．（3)某次测量时，电压表示数为U，电流表示数为I,则该铜芯电线材料的电阻率的表达式为ρ＝________.【解析】（1)比较电压表内阻、电流表内阻和待测电阻的大小关系，可得测量电路必须用电流表外接法，滑动变阻器采用分压式接法和限流式接法均可(限流式接法如图所示）．（2）电源的电压为3.0V,考虑到电压表的量程和精确度两个因素，电压表应选V1；干路中电流的最大值Imax＝eq\f（U′，Rx＋R0)＝eq\f（3,2＋3）A＝0。6A，电流表应选A1；考虑到实验的准确性,滑动变阻器阻值越小越便于调节，故滑动变阻器应选R1.（3）由R＝eq\f(U，I）＝ρeq\f（l，S）＝ρ·eq\f(l，\f（D,2）2π）得：ρ＝eq\f(D2πU，4Il)。【答案】（1)见解析(2)BDF（3）eq\f（πD2U，4Il)实验探究2对实验数据处理的考查实验室购买了一捆标称长度为100m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1.0mm2，查得铜的电阻率为1.7×10－8Ω·m，再利用图3.5。4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．图3。5。4可供使用的器材有：电流表:量程0。6A，内阻约0.2Ω电压表:量程3V,内阻约9kΩ滑动变阻器R1:最大阻值5Ω滑动变阻器R2：最大阻值20Ω定值电阻：R0＝3Ω电源:提供6V电压开关、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“(2)在实物图中，已正确连接了部分导线，请根据图3.5。5甲电路完成剩余部分的连接．图3­5.5（3）调节滑动变阻器，当电流表的读数为0。50A时,电压表示数如图乙所示，读数为________V。（4)导线实际长度为________m(保留2位有效数字)．【解析】(1)根据R＝ρeq\f（l,S），得铜导线的阻值约为Rx＝1.7Ω，即Rx＋R0＝4。7Ω.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3V,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2.30V。（4）根据欧姆定律，铜导线与R0的串联电阻R＝eq\f(U,I）＝eq\f（2.30，0.50）Ω＝4。6Ω,所以铜导线的电阻Rx＝R－R0＝1。6Ω.根据Rx＝ρeq\f（l，S）得导线长度l＝eq\f(RxS,ρ)＝eq