2019-2020年高二物理 實(shí)驗(yàn)七 測(cè)定金屬的電阻率.doc

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2019-2020年高二物理 實(shí)驗(yàn)七 測(cè)定金屬的電阻率 【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹? 1．練習(xí)使用螺旋測(cè)微器；2．學(xué)會(huì)用伏安法測(cè)電阻；3．測(cè)定金屬的電阻率。 【實(shí)驗(yàn)原理】 1.根據(jù)電阻定律有，金屬的電阻率 因此，只要測(cè)出金屬絲的長(zhǎng)度l，橫截面積S和導(dǎo)線的電阻R，就可以求出金屬絲的電阻率ρ ①根據(jù)部分電路的歐姆定律可知R=U/I 只要測(cè)出金屬絲兩端的電壓U和金屬絲中的電流I，就可以測(cè)出金屬絲的電阻．即用伏安法測(cè)出金屬絲的電阻R ②金屬絲的長(zhǎng)度l可以用米尺測(cè)量． ③金屬絲的橫截面積S由金屬絲的直徑d算出，即S=πd2/4．由于金屬絲的直徑較小，因此需要用比較精密的測(cè)量長(zhǎng)度的儀器——螺旋測(cè)微器來(lái)測(cè)量．這就是本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理． 若用實(shí)驗(yàn)中直接測(cè)出的物理量來(lái)表示電阻率，則金屬絲的電阻率的表達(dá)式為 2．在測(cè)定金屬線的電阻時(shí)，為了防止金屬線過(guò)熱造成金屬線的長(zhǎng)度及電阻率的變化，因此，流過(guò)金屬線的電流不宜太大．則當(dāng)電流表具有0～0.6A和0～3A兩種量程時(shí)，應(yīng)當(dāng)選用哪個(gè)量程?如果被測(cè)金屬線電阻約5Ω，電壓表具有0～3V和0～15V兩種量程，應(yīng)當(dāng)選用哪個(gè)量程? 分析： 電流表選0～0.6A 電壓表選0～3V 3．在圖3中，電流表選用0～0.6A量程，電壓表選用0～3V量程，則各指針?biāo)甘镜姆謩e為:I是0.35 A，Ⅱ是0.50 A；Ⅲ是1.20V，Ⅳ是2.00 V． (由于被測(cè)金屬絲的電阻較小，一般為5Ω～10Ω，電壓表3 V檔的內(nèi)阻約為3 kΩ，電流表0.6 A檔的內(nèi)阻約為0.1Ω，所以測(cè)量電路應(yīng)采用電流表外接法．為了調(diào)節(jié)金屬絲兩端的電壓，應(yīng)選用滑動(dòng)變阻器，根據(jù)本實(shí)驗(yàn)的實(shí)際情況，可采用滑動(dòng)變阻器的限流接法．) 4.圖4提供測(cè)電阻所用的實(shí)驗(yàn)器材，請(qǐng)將它們用線連接成所需的實(shí)驗(yàn)電路；并將變阻器的滑動(dòng)片移到阻值最大的位置(用“↓”表示)． 5．實(shí)驗(yàn)中所使用的刻度尺的最小刻度是1mm，則它的測(cè)量結(jié)果可以準(zhǔn)確到 1mm ，讀數(shù)時(shí)應(yīng)當(dāng)讀到 0.1mm 位．下圖中，(A)的測(cè)量結(jié)果是 0.1546 m, (B)的測(cè)量結(jié)果是 0.4500 m. 6. 螺旋測(cè)微器的構(gòu)造、原理、讀數(shù)方法 (1)CAI課件模擬螺旋測(cè)微器的構(gòu)造: 螺旋測(cè)微器是由：測(cè)砧A、固定刻度B、尺架C、可動(dòng)刻度E、旋鈕D、微調(diào)旋鈕D`、測(cè)微螺桿F構(gòu)成的． (2)CAI課件模擬螺旋測(cè)微器的原理 螺旋測(cè)微器的螺距是0.5 mm，可動(dòng)刻度一周為50格；旋鈕D每旋轉(zhuǎn)一周，測(cè)微螺桿F前進(jìn)或后退0．5 mm．因此，旋鈕D每轉(zhuǎn)過(guò)l格，測(cè)微螺桿F前進(jìn)或后退0．01 mm．可見(jiàn)螺旋測(cè)微器的精確度為0．01 mm． (3)CAI課件模擬螺旋測(cè)微器的操作與讀數(shù)． 使用螺旋測(cè)微器時(shí)，將被測(cè)物體放在小砧A和測(cè)微螺桿F之間，先調(diào)節(jié)旋鈕D，在測(cè)微螺桿F快靠近被測(cè)物體時(shí)，改用微調(diào)旋鈕D，，這樣不致于在測(cè)微螺桿和被測(cè)物體之間產(chǎn)生過(guò)大的壓力，既可以保護(hù)儀器，又能保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性．當(dāng)聽(tīng)到咔咔的聲音時(shí)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，并用止動(dòng)螺旋止動(dòng)． 讀數(shù)時(shí)，被測(cè)物體長(zhǎng)度大于o．5 mm的部分在固定刻度上讀出，不足o．5 mm的部分在可動(dòng)刻度上讀出，讀可動(dòng)刻度示數(shù)時(shí)，還要注意估讀一位數(shù)字．螺旋測(cè)微器的讀數(shù)可用下面公式表示： 螺旋測(cè)微器的讀數(shù)＝固定刻度上的讀數(shù)+可動(dòng)刻度上的格數(shù)精確度o.01 mm (4)CAI課件模擬螺旋測(cè)微器測(cè)量幾種金屬絲的直徑，學(xué)生練習(xí)讀數(shù)．A．4.365mm B．4.090mm C．0.690 mm D．0.987mm 7.注意事項(xiàng) ⑴實(shí)驗(yàn)中先對(duì)測(cè)量?jī)x器、儀表進(jìn)行檢查；觀察電表的指針是否指在零刻度，如果有偏差，應(yīng)當(dāng)用小螺絲刀輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)表頭下方正中央的小螺絲，直到指針指在零刻度為止，或請(qǐng)老師幫忙調(diào)整；當(dāng)螺旋測(cè)微器的測(cè)帖A和螺桿F并攏時(shí)，可動(dòng)刻度E的零點(diǎn)應(yīng)該恰好跟固定刻度B零點(diǎn)重合，如果不重合，就存在“零誤差”，在測(cè)量時(shí)如何處理它可以向老師請(qǐng)教. ⑵使用螺旋測(cè)微器中，當(dāng)F快要接近被測(cè)物體時(shí)，要停止使用大旋鈕D，改用微調(diào)旋鈕D`,這樣就不至于在F和被測(cè)物體之間產(chǎn)生過(guò)大的壓力，既可以保護(hù)儀器又能保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確. ⑶在連接電路之前，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)安排儀器的位置，做到既要方便連線，又要使經(jīng)常操作的儀器(如滑動(dòng)變阻器)方便操作，經(jīng)常觀察的儀表(如電表)便于讀數(shù)．圖1的排列就考慮到這個(gè)要求可供參考． ⑷連線之前應(yīng)先斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，閉合開(kāi)關(guān)之前要使滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)片位于阻值最大的位置．拆除電路時(shí)，應(yīng)首先拆去電源連線，然后再拆其他連線，并整理好儀器． ⑸L、d測(cè)多次，求平均值 ⑹通電電流不宜過(guò)大，時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng) 【步驟規(guī)范】 實(shí) 驗(yàn) 步 驟 操 作 規(guī) 范 一． 測(cè)量金屬導(dǎo)線的直徑 1．觀察螺旋測(cè)微器兩小砧合攏時(shí)，可動(dòng)刻度上的零刻度線和固定刻度上的零刻度線是否重合，觀察螺旋測(cè)微器的最小分度值 2．將金屬導(dǎo)線放在螺旋測(cè)微器的小砧和測(cè)微螺桿之間，正確操作螺旋測(cè)微器，測(cè)出金屬導(dǎo)線的直徑 3．在金屬導(dǎo)線的不同位置、不同方向上，再測(cè)兩次，求出平均值 1．螺旋測(cè)微器的最小分度是0.01mm，應(yīng)估讀到0.001mm 2．⑴螺旋測(cè)微器的正確握法是：用左手食指?jìng)?cè)面和大拇指握住框架塑料防熱片的左側(cè)，用右手大拇指和食指旋動(dòng)旋鈕 ⑵調(diào)節(jié)旋鈕時(shí)，應(yīng)先用粗調(diào)旋鈕，使小砧與金屬導(dǎo)線接近，然后改用微調(diào)旋鈕推進(jìn)活動(dòng)小砧，當(dāng)聽(tīng)到棘輪打滑空轉(zhuǎn)并發(fā)出“咯咯”聲時(shí)，才可讀數(shù) ⑶讀數(shù)時(shí)，先讀出固定刻度上的毫米整數(shù)部分（注意半毫米刻度線是否露出），再讀出可動(dòng)刻度的值（如半毫米刻度線已露出，應(yīng)加上0.500mm），作后讀出估讀值 二．用伏安法測(cè)金屬導(dǎo)線的電阻 1．對(duì)電流表、電壓表進(jìn)行機(jī)械調(diào)零 2．將金屬導(dǎo)線拉直，固定在木條上 3．按圖連接電路 A V 4．閉合電鍵，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，讀取三組I、U值 5．計(jì)算三組I、U值對(duì)應(yīng)的電阻值，取其平均值 1.若表針不在零位，用螺旋刀旋動(dòng)機(jī)械調(diào)零螺釘，使其對(duì)正 2．⑴連接電路前，先布列儀器，使其位置合適，然后先電阻、后電表依次連接電路，電源最后接 ⑵電鍵接入電路時(shí)，應(yīng)處于斷開(kāi)位置 ⑶閉合電鍵前，變阻器阻值應(yīng)最大 ⑷導(dǎo)線的連接處必須在接線柱上（無(wú)“丁”字形接線） 3．⑴電流表、電壓表量程合適 ⑵每次實(shí)驗(yàn)通電時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，電流不宜過(guò)大，并應(yīng)及時(shí)切斷電源 ⑶I、U值讀數(shù)準(zhǔn)確，有估讀。 三．測(cè)量金屬導(dǎo)線的長(zhǎng)度 1．用毫米刻度尺測(cè)量固定在木條上連入電路中的金屬導(dǎo)線的長(zhǎng)度 2．以毫米刻度尺的不同起點(diǎn)再測(cè)兩次 3．算出金屬導(dǎo)線長(zhǎng)度平均值 測(cè)量時(shí)，刻度尺的刻度應(yīng)貼近金屬導(dǎo)線；視線要跟尺垂直；有估讀（即讀出0.1mm） 四．拆除電路，儀器復(fù)原 電源必須先拆 【典型例題】 例1 在“測(cè)定金屬電阻率”的實(shí)驗(yàn)中，若被測(cè)電阻絲的長(zhǎng)度為80.00cm，電阻約為3Ω～4Ω，在下列器材中應(yīng)選用的是 （寫代號(hào)）． A．電壓表（0～15V）；B．電壓表（0～3V）；C．電流表（0～0.6A）；D．電流表（0～3A）；E．滑動(dòng)變阻器（0～50Ω，2A）； F滑動(dòng)變阻器（0～500Ω，1A）； G．電源（E＝3V，r＝0.2Ω）；H電源（E＝10V，r＝lΩ）；I．開(kāi)關(guān)；J．導(dǎo)線（若干）． 答案. B C E G I J 例2測(cè)定金屬電阻率的實(shí)驗(yàn)中，（1）如圖2（a）為測(cè)金屬絲直徑時(shí)螺旋測(cè)微器的示意圖，則此金屬絲的直徑為 m；（2）如圖2（b）為用伏安法測(cè)金屬絲電阻的電路圖，其中M為 ， N為 ；若兩表示數(shù)分別如圖2（C）、（d）所示，則被測(cè)金屬絲的電阻R測(cè)＝ ；（ 3）用以上方法測(cè)得的金屬絲電阻率與其實(shí)際值比較是 ．（填“偏小”、“偏大”或“準(zhǔn)確”） 答案: （1）5.910－2m （2）電流表 電壓表 5Ω （3）偏小 例3 在測(cè)定金屬絲的直徑時(shí)，螺旋測(cè)微器的讀數(shù)如圖3所示，可知該金屬絲的直徑d=______10－3m。 答案:. 0.900 例4（06四川卷）在“測(cè)定金屬的電阻率”實(shí)驗(yàn)中，需要測(cè)量金屬絲的長(zhǎng)度和直徑?，F(xiàn)用最小分度為1 mm的米尺測(cè)量金屬絲長(zhǎng)度，圖中箭頭所指位置是拉直的金屬絲兩端在米尺上相對(duì)應(yīng)的位置，測(cè)得的金屬絲長(zhǎng)度為 mm。在測(cè)量金屬絲直徑時(shí)，如果受條件限制，身邊只有米尺1把和圓柱形鉛筆1支。如何較準(zhǔn)確地測(cè)量金屬絲的直徑？請(qǐng)簡(jiǎn)述測(cè)量方法： 答案: 在鉛筆上緊密排繞金屬絲N匝，用米尺量出該N匝金屬絲的寬度D,由此可以計(jì)算得出金屬絲的平均直徑為D/N 實(shí)驗(yàn)七：測(cè)定金屬的電阻率練習(xí) 1． 有一個(gè)阻值約為5kΩ的電阻，現(xiàn)用伏安法較準(zhǔn)確的測(cè)定它的電阻值，可供選用的電流表量程為50mA，內(nèi)阻為20Ω，電壓表量程為5V，內(nèi)阻為10kΩ，為減少誤差，實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)選用哪種電路為好?( ) 2．在測(cè)定金屬絲的電阻率實(shí)驗(yàn)中，用螺旋測(cè)微器測(cè)量金屬絲的直徑，如圖所示，由圖讀出金屬絲的直徑是_________． 3． 如圖是伏安法測(cè)電阻的電路，其中電壓表示數(shù)為100V， 電流表示數(shù)為0.4A，由此得出的電阻值為_(kāi)________Ω。若電 壓表的內(nèi)阻為1250Ω，則被測(cè)電阻的真實(shí)值應(yīng)為_(kāi)_______Ω。 4． 用零點(diǎn)準(zhǔn)確的螺旋測(cè)微器測(cè)量某物長(zhǎng)度，被測(cè)物的長(zhǎng)度如圖4（1）可讀為_(kāi)__________， 圖4（2）可讀為_(kāi)____________． 5． 圖5為用伏安法測(cè)量一個(gè)定值電阻阻值的實(shí)驗(yàn)所需的器材實(shí)物圖，器材規(guī)格如下： (1)待測(cè)電阻Rx（約100Ω）； (2)直流毫安表（量程0～10毫安，內(nèi)阻50Ω） (3)直流電壓表（量程0～3V，內(nèi)阻5kΩ）； (4)直流電源（輸出電壓4V，內(nèi)阻可不計(jì)）； (5)滑動(dòng)變阻器（阻值范圍0～15Ω，允許最大電流1A）； (6)電鍵一個(gè)，導(dǎo)線若干條． 根據(jù)器材的規(guī)格和實(shí)驗(yàn)要求，在本題的實(shí)物圖上連線． 6． 如圖6，a、b、c、d是滑動(dòng)變阻器的四個(gè)接線柱．現(xiàn)把此變阻器串聯(lián)接入電路中，并要求滑片向c移動(dòng)時(shí)，電路中電流減?。畡t接入電路的接線柱可能是[ ] A．a(chǎn)和b B．a(chǎn)和c C．b和c D．b和d 7． 如圖7千分尺的讀數(shù)應(yīng)是___________mm． 8． 如右圖8所示為螺旋測(cè)微器測(cè)量小球的直徑時(shí)的示數(shù)，這個(gè)小球的直徑應(yīng)是_________mm. 9． 在“測(cè)定金屬電阻率”的實(shí)驗(yàn)中，用千分尺測(cè)量金屬絲的直徑，利用伏安法測(cè)量金屬絲的電阻，千分尺示數(shù)及電流表、電壓表的示數(shù)都如圖9所示，則可讀出該金屬絲的直徑是_________mm，金屬絲的電阻值_________Ω（本空要求兩位有效數(shù)字）。除此以外，還需要測(cè)量的物理量是_________． 圖 10． 某學(xué)生準(zhǔn)備用伏安法測(cè)定一個(gè)未知電阻的阻值，實(shí)驗(yàn)中他的實(shí)物接線如圖10所示．(1)指出該學(xué)生實(shí)物接線中的錯(cuò)誤；(2)根據(jù)糾正錯(cuò)誤以后的實(shí)物接線圖，畫出與之對(duì)應(yīng)的原理電路圖． 11． 用伏安法測(cè)一個(gè)未知電阻Rx的阻值．已知Rx約為200Ω． 所用儀器規(guī)格如下：電壓表(15V，15kΩ)；電流表(0.6A，0.1Ω)； 變阻器R1：(0～500Ω)；變阻器R2：(0～20Ω)；合適的電源以及電鍵、導(dǎo)線等． (1)畫出實(shí)驗(yàn)電路圖． (2)要求調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使電路中電流強(qiáng)度變化較明顯，應(yīng)選用哪一個(gè)變阻器?答：____________________________________________． (3)按上述電路測(cè)得的Rx值比真實(shí)值________________． 12． 用伏安法測(cè)一段金屬絲的電阻，所用的儀器如圖12所示，其中電壓表的內(nèi)阻約2KΩ，電流表的內(nèi)阻約1Ω，滑動(dòng)變阻器標(biāo)有10Ω、1A，蓄電池的電動(dòng)勢(shì)6.0V，內(nèi)電阻0.2Ω。測(cè)得的數(shù)據(jù)如表所示：在坐標(biāo)圖上按所給的標(biāo)度做出I-U圖象，并計(jì)算出電阻的大小是 ______．在圖中將所給的器件用鉛筆線代表導(dǎo)線連成實(shí)驗(yàn)電路。 13． 某同學(xué)在做測(cè)定小燈泡功率的實(shí)驗(yàn)中得到如下一組U和I的數(shù)據(jù)： ①在右圖上畫出I－U圖線． ②從圖線上可以看出，當(dāng)功率逐漸增大時(shí)，燈絲電阻的變化情況是：________________________________________________________． ③這表明導(dǎo)體的電阻隨溫度升___ ． 14． 在測(cè)定金屬的電阻率的實(shí)驗(yàn)中： (1)用螺旋測(cè)微器測(cè)金屬絲的直徑如圖所示，則該金屬絲的直徑為_(kāi)__mm． (2)已知電阻絲的電阻約為10Ω，現(xiàn)備有下列器材供測(cè)量該電阻絲 電阻時(shí)選用，應(yīng)選用的器材有________________．（只填代號(hào)） A．量程是0.6A、內(nèi)阻為0.5Ω的安培計(jì) B．量程是3A、內(nèi)阻為0.1Ω的安培計(jì) C．量程是3V、內(nèi)阻為6kΩ的伏特計(jì) D．量程是15V、內(nèi)阻為30kΩ的伏特計(jì) E．阻值為0－1kΩ，額定電流為0.5A的滑動(dòng)變阻器 F．阻值為0－20Ω，額定電流為2A的滑動(dòng)變阻器 G．蓄電池（6V） H．開(kāi)關(guān)一個(gè)，導(dǎo)線若干 (3)在下面虛線框內(nèi)畫出用伏安法測(cè)上述電阻絲電阻的電路圖。 15． 用伏安法較準(zhǔn)確地測(cè)定一個(gè)待測(cè)電阻Rx（約200Ω）的阻值，可供選擇的器材有 A．毫安表（0—10mA，內(nèi)阻50Ω）B．安培表（0—0.6A，內(nèi)阻0.5Ω） C．伏特表（0—3V，內(nèi)阻5kΩ） D ．伏特表（0—15V，內(nèi)阻20kΩ） E．電源（6V，內(nèi)阻不計(jì)） F ．滑動(dòng)變阻器（0—20Ω，允許最大電流1A） G ．電鍵一個(gè)，導(dǎo)線若干。 （1）上述器材中，電流表應(yīng)選用________；電壓表應(yīng)選用________。（填寫各電表的字母代號(hào)） （2）根據(jù)器材的規(guī)格和實(shí)驗(yàn)要求，在本題的實(shí)物圖上連線。 16. （96上海）圖16所示,P是一根表面均勻的鍍有很薄的發(fā)熱電阻膜的長(zhǎng)陶瓷 管(其長(zhǎng)度L為50cm左右，直徑D為10cm左右)，鍍膜材料的電阻率ρ已知，管的兩端有導(dǎo)電箍MN.現(xiàn)給米尺、電壓表V、電流表A、電源E、滑動(dòng)變阻器R、電鍵S和若干導(dǎo)線，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)測(cè)定膜層厚度d的試驗(yàn)方案。 ⑴實(shí)驗(yàn)中應(yīng)測(cè)定的物理量是 。 ⑵在虛線框內(nèi)用符號(hào)畫出測(cè)量電路圖。 ⑶計(jì)算膜層厚度的公式是 。 實(shí)驗(yàn)七：測(cè)定金屬的電阻率答案 1． B 2． 0.800mm 3． 250，312.5 4． 2.048mm；4.605mm 5． 圖略 ． 65.150(0.002都算對(duì)) 7． 1.400 14.3 金屬絲的長(zhǎng)度 8． C D 9． 2.700 10． D；C；外 11． D E（電流表外接、滑線變阻器接分壓電路） 電路接線圖略． 12． ①見(jiàn)圖（從原點(diǎn)畫起不扣分） ②開(kāi)始不變，后來(lái)逐漸增大 ③增大 13． 如圖所示（2分） 5.2Ω（2分） 電路圖略（3分） 說(shuō)明：電阻值無(wú)單位或只給1位有效數(shù)字的扣1分；電路圖連接中滑動(dòng)變阻器要采用分壓式連接，電流表要外接，電表正負(fù)接線要正確。 14． 0.350；ACFGH；電路圖略 （8分） 1 7 6 5 4 3 2 8 9 0 1 7 6 5 4 3 2 8 9 0 1 7 6 5 4 3 2 8 9 0 1 7 6 5 4 3 2 8 9 0 1 7 6 5 4 3 2 8 9 0 1 7 6 5 4 3 2 8 9 0 1 100 10 10000 100000 1000 15． (1)B；D (2) 16.(1)LDUI;(2) 略(3)d=LρI/πDU