2018版 第3章 第5節(jié) 實驗：測定金屬的電阻率

2021版第3章第5節(jié)實驗: 測定金屬的電阻率 第5節(jié)實驗：測定金屬的電阻率 一、 實驗目的 (D學會使用螺旋測微器及正確讀數(shù). (2) 學會用伏安法測電阻. (3) 測定金屬的電阻率. 二、 實驗原理 1 ?用毫米刻度尺測一段金屬絲導線的長度Z,用螺旋測微器測導線的直徑 d,用伏安法測導線的電阻尺，由R=pS，得卩=竽=讐? 2?用伏安法測電阻，其原理為Z=r，那么R=U，即測出導體兩端的電壓 和通過的電流，便可計算出導體的電阻?但在測量中通常有兩種方式，即電流 表的內(nèi)接法與外接法. ⑴電流表內(nèi)、外接法的比擬 內(nèi)接法 外接法 電路圖 —®— 誤差原因 電流表分壓 U =U+UA 測 x A 電壓表分流 1測一屮 電阻測量值 U , R 一〒測一R +ra>r 測 I x A x 測 測量值大于真實值 r =^=RR+r <r 測 1 測 Rx+RV x 測量值小于真實值 適用條件 RX》RA Rx《R (2)兩種接法的選擇 ① 比擬法 (i) 假設R《Rv,說明電壓表的分流作用較弱，應用電流表外接法； ⑴)假設R》Ra，說明電流表的分壓作用較弱，應選用電流表內(nèi)接法. ② 比值法 (i)假設眷>昏，應選用電流表內(nèi)接法； （巧假設?？?，應選用電流表外接法； （逍）假設晉"=詹，兩種方法均可. 3 ?螺旋測微器的原理及應用 ⑴結(jié)構(gòu)：如圖3-5-1所示，測砧A和固定刻度B固定在尺架C上，可動刻 度E、旋鈕D、微調(diào)旋鈕D'、測微螺桿F是連在一起的，通過精密螺紋套在B 上. 圖 3-5-1 ⑵測量原理： 螺旋測微器的螺距是0.5 mm，螺栓上可動刻度一周為50 格,當螺栓每轉(zhuǎn)一 周時，前進（或后退）一個螺距0.5 mm?假設螺栓每轉(zhuǎn)過1格，前進（或后退）0?01 mm，因此螺旋測微器的精確度為0.01 mm. （3）操作與讀數(shù)： 使用螺旋測微器時，將被測物體放在小砧A和測微螺桿F之間，先使用粗 調(diào)旋鈕D，在測微螺桿F快靠近被測物體時，改用微調(diào)旋鈕D',聽到咔咔聲 音停止轉(zhuǎn)動，并用止動旋鈕止動，然后讀數(shù)?讀數(shù)時，在固定刻度尺上讀出大 于0.5 mm的局部，在可動刻度上讀出缺乏0.5 mm的局部，讀可動刻度示數(shù)時 還要注意估讀一位數(shù)字. 螺旋測微器的讀數(shù)可用下式表示：螺旋測微器的讀數(shù)=固定尺上的讀數(shù)+ 可動尺上的讀數(shù)X精確度?如圖3-5-2所示，讀數(shù)為6.5 mmX20.3 mm=6.703 mm. 圖 3-5-2 三、實驗器材 被測金屬絲、米尺、螺旋測微器、電壓表、電流表、直流電源、開關、滑 動變阻器和導線假設干. 一、實驗步驟 1 ?用螺旋測微器在導線的三個不同位置上各測一次，并記錄. 2 ?將金屬絲兩端固定在接線柱上懸空掛直，用毫米刻度尺測量接入電路的 金屬絲長度Z（即有效長度），反復測量三次，并記錄. 3?依照圖3-5-3中所示的電路圖用導線把器材連好，并把滑動變阻器的阻 值調(diào)至最大. 圖 3-5-3 4?電路經(jīng)檢查無誤后，閉合開關S,改變滑動變阻器滑動片的位置，讀出 幾組相應的電流表、電壓表的示數(shù)I和U的值；記入記錄表格內(nèi)，斷開開關S. 5 ?拆去實驗線路，整理好實驗器材. 二、數(shù)據(jù)處理 1 ?根據(jù)記錄結(jié)果，計算出金屬絲的直徑d和長度l的平均值. 2?根據(jù)記錄的I、U值，計算出金屬絲的平均電阻值R. 3?將測得的R、1、d的值，代入電阻率計算公式 RS_ n?d2R 尸 了=~4T 中，計算出 金屬絲的電阻率. 三、 誤差分析 1 ?直徑和長度的測量造成偶然誤差，應采取屢次測量取平均值的方法減小 誤差. 2 ?電壓表、電流表讀數(shù)造成偶然誤差?讀數(shù)時，視線垂直于表盤，可減小 誤差. 3 ?測量電路中電壓表、電流表的接法對金屬絲電阻測量造成系統(tǒng)誤差，由 于電路采用電流表外接法，造成電阻的測量值偏小. 4 ?通過電流過大，時間過長，使金屬絲發(fā)熱導致電阻率變大而引起誤差. 四、 考前須知 1 ?導線的長度是連入電路的導線的有效長度（而不是金屬絲的總長度）. 2 ?由于被測金屬導線的阻值較小，為了減小測量誤差，應選用電流表外接 法. 3 ?測電阻時，電流不宜過大，通電時間不宜太長. 4?為準確求出R的平均值，應采用U-I圖象法求電阻. 實驗探究1實驗器材的選擇 例 某學習小組為測量一銅芯電線的電阻率，他們截取了一段電線， 用米尺測出其長度為1，用螺旋測微器測得其直徑為。，用多用電表測得其電阻 值約為2 Q,為提高測量的精度，該小組的人員從以下器材中挑選了一些元件， 設計了一個電路，重新測量這段導線（用Rx表示）的電阻. A?學生電源（直流電壓3 V） B?電壓表V］（量程為0-3.0 V,內(nèi)阻約為2 kft） C?電壓表V2（量程為0?15?0 V,內(nèi)阻約為6 kA） D?電流表A］（量程為0?0?6 A,內(nèi)阻約為1 A） E?電流表A2（量程為0?3?0 A,內(nèi)阻約為0.1 Q） F?滑動變阻器R1（最大阻值10 Q,額定電流2.0 A） G?滑動變阻器R2（最大阻值1 kA 額定電流0.5 A） H?定值電阻R0（阻值為3 Q） I ?開關S一個，導線假設干 ，滑動變阻器選, （1）為提高實驗的精確度，請你為該實驗小組設計電路圖，并畫在方框中. ?(只 （2） 實驗時電壓表選 填代號）. （3） 某次測量時，電壓表示數(shù)為S電流表示數(shù)為兒那么該銅芯電線材料的 電阻率的表達式為p= . 【解析】⑴比擬電壓表內(nèi)阻、電流表內(nèi)阻和待測電阻的大小關系，可得 測量電路必須用電流表外接法，滑動變阻器采用分 （限流式接法如下圖）. 選V］；干路中電流的最大值Imax二;U二二丄 A = 0.6 A,電流表應選A1 ；考 ⑵電源的電壓為3.0 V，考慮到電壓表的■程和精確度兩個因素，電壓表應 Rx+R0 2 + 3 亠 U l ⑶由R =)=Pg=P? 慮到實驗的準確性，滑動變阻器阻值越小越便于調(diào)節(jié)，故滑動變阻器應選R1. 【答案】 (1)見解析(2)B D F (3)nDU D2nU ?p■育- 實驗探究2對實驗數(shù)據(jù)處理的考查 例 實驗室購置了一捆標稱長度為100 m的銅導線，某同學想通過實 驗測定其實際長度.該同學首先測得導線橫截面積為1.0 mmzXIOr Q?m,再利 用圖3-5-4甲所示電路測出銅導線的電阻® 從而確定導線的實際長度. 圖 3-5-4 可供使用的器材有： 電流表：量程0.6 A,內(nèi)阻約0.2 Q 電壓表：量程3 V,內(nèi)阻約9 kA 滑動變阻器心最大阻值5Q 滑動變阻器尺2：最大阻值20 A 定值電阻：尺0=3 A 電源：提供6 V電壓 開關、導線假設干. 答復以下問題： (1) 實驗中滑動變阻器應選 (填“血”或“R2” ),閉合開關S前應將 滑片移至 端(填“/或“b")? (2) 在實物圖中，已正確連接了局部導線，請根據(jù)圖3-5-5甲電路完成剩余局 部的連接. 圖 3-5-5 (3) 調(diào)節(jié)滑動變阻器，當電流表的讀數(shù)為0.50 A時，電壓表示數(shù)如圖乙所示, 讀數(shù)為 V. (4) 導線實際長度為 m(保存2位有效數(shù)字). 【解析】(1)根據(jù)R= p，得銅導線的阻值約為Rx = 1.7 A ,即Rx+R0R1, 那么當滑動變阻器滑片移至a端時，電壓表的示數(shù)約為3 V，假設滑動變阻器滑 片向右移動，電壓表示數(shù)變大，超過電壓表■程，故實驗中的滑動變阻器應選 R2?閉合幵關S前應使電路中的電阻最大，故滑動變阻器滑片應移至a端. ⑵連線如下圖 ⑶電壓表的示數(shù)為2.30 V. (4)根據(jù)歐姆定律，銅導線與Ro的串聯(lián)電阻R = U=,0?50) Q = 4?6 Q ,所以 銅導線的電阻R =R-R0 = 1.6 Q? 0 根據(jù)Rx = p^S得度 1=竽=名日許? m~94 m. 【答案】(1)R2 a⑵如下圖(3)2.30(2.29?2.31均正確)(4)94(93?95 均正確)