第3节-实-验-七-测定金属的电阻率.doc

实 验 七测定金属的电阻率(同时练习使用螺旋测微器)一、实验目的 1掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法。 2掌握螺旋测微器的使用方法和读数方法。3学会利用伏安法测电阻，进一步测出金属丝的电阻率。二、实验器材 被测金属丝、螺旋测微器、毫米刻度尺、电池组、电流表、电压表、滑动变阻器、开关、导线若干。1螺旋测微器 (1)构造：如图实71所示，它的测砧A和固定刻度B固定在尺架C上，旋钮D、微调旋钮D和可动刻度E、测微螺杆F连在一起，通过精密螺纹套在B上。 图实71 图实72 (2)原理：测微螺杆F与固定刻度B之间的精密螺纹的螺距为0.5 mm，即旋钮D每旋转一周，F前进或后退0.5 mm，而可动刻度E上的刻度为50等份，每转动一小格，F前进或后退0.01 mm，即螺旋测微器的精确度为0.01 mm。读数时估读到毫米的千分位上，因此，螺旋测微器又叫千分尺。(3)读数：测量时被测物体长度的整毫米数由固定刻度读出，小数部分由可动刻度读出。测量值(mm)固定刻度数(mm)(注意半毫米刻度线是否露出)可动刻度数(估读一位)0.01(mm)如图实72所示，固定刻度示数为2.0 mm，不足半毫米而从可动刻度上读的示数为15.0，最后的读数为：2.0 mm15.00.01 mm2.150 mm。2游标卡尺 (1)构造：如图实73所示，主尺、游标尺(主尺和游标尺上各有一个内外测量爪)、游标尺上还有一个深度尺，尺身上还有一个紧固螺钉。图实73(2)用途：测量厚度、长度、深度、内径、外径。(3)原理：利用主尺的最小分度与游标尺的最小分度的差值制成。不管游标尺上有多少个小等分刻度，它的刻度部分的总长度比主尺上的同样多的小等分刻度少1 mm。常见的游标卡尺的游标尺上小等分刻度有10个的、20个的、50个的，见下表：刻度格数(分度)刻度总长度每小格与1 mm的差值精确度(可准确到)109 mm0.1 mm0.1 mm2019 mm0.05 mm0.05 mm5049 mm0.02 mm0.02 mm(4)读数：若用x表示由主尺上读出的整毫米数，K表示从游标尺上读出与主尺上某一刻线对齐的游标的格数，则记录结果表达为(xK精确度) mm。3伏安法测电阻 (1)电流表的内接法和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UxUA电压表分流I测IxIV电阻测量值R测RxRARx测量值大于真实值R测Rx测量值小于真实值适用条件RARxRVRx适用于测量大阻值电阻小阻值电阻(2)两种电路的选择阻值比较法：先将待测电阻的估计值与电压表、电流表内阻进行比较，若Rx较小，宜采用电流表外接法；若Rx较大，宜采用电流表内接法。简单概括为“大内偏大，小外偏小”。临界值计算法：Rx时，用电流表内接法。实验试探法：按图实74所示接好电路，让电压表一根接线柱P先后与a、b处接触一下，如果电压表的示数有较大的变化，而电流表的示数变化不大，则可采用电流表外接法；如果电流表的示数有较大的变化，而电压表的示数变化不大，则可采用电流表内接法。图实74考点一测量仪器、仪表的读数典例1(1)如图实75所示的两把游标卡尺，它们的游标尺从左至右分别为9 mm长10等分、19 mm长20等分，它们的读数依次为_ mm，_ mm。 图实75 图实76 图实77(2)使用螺旋测微器测量两个金属丝的直径，示数如图实76所示，则图(a)、(b)金属丝的直径分别为_ mm，_ mm。(3)图实77甲用0.6 A量程时，对应刻度盘上每一小格代表_ A，表针的示数是_ A；当使用3 A量程时，对应刻度盘上每一小格代表_ A，图中表针示数为_ A。图实77乙使用较小量程时，每小格表示_ V，图中指针的示数为_ V，若使用的是较大量程，则这时表盘刻度每小格表示_ V，图中表针指示的是_ V。由题引知要点谨记1.游标卡尺的读数对应第(1)题(1)10分度的游标尺的读数：主尺上读出整毫米数游标尺上与主尺上某一刻线对齐的游标的格数(2)20分度的游标尺的读数：主尺上读出整毫米数游标尺上与主尺上某一刻线对齐的游标的格数3电流表和电压表的读数对应第(3)题 (1)若刻度盘上每一小格为：1,0.1,0.001时，需估读到最小刻度值的下一位。 (2)若刻度盘上每一小格为：0.2,0.02,0.5,0.05时，只需估读到最小刻度值的位数。 题组突破1完成下列读数 (1)电流表量程一般有两种00.6 A,03 A；电压表量程一般有两种03 V,015 V。如图实78所示：接03 V量程时读数为_V。 接015 V量程时读数为_ V。接03 A量程时读数为_ A。 接00.6 A量程时读数为_A。 图实78 图实79 图实710(2) a_ mmb_ mmc_ mm d_ mme_ mm2(2014福建高考)(1)某同学测定一金属杆的长度和直径，示数如图实710甲、乙所示，则该金属杆的长度和直径分别为_cm和_mm。考点二实验原理与操作典例2(2014浙江高考)小明对2B铅笔芯的导电性能感兴趣，于是用伏安法测量其电阻值。(1)图实711甲是部分连接好的实物电路图，请用电流表外接法完成接线并在图甲中画出。(2)小明用电流表内接法和外接法分别测量了一段2B铅笔芯的伏安特性，并将得到的电流、电压数据描到UI图上，如图乙所示。在图中，由电流表外接法得到的数据点是用_(填“”或“”)表示的。(3)请你选择一组数据点，在图乙上用作图法作图，并求出这段铅笔芯的电阻为_。图实711由题引知要点谨记1.实物图连线对应第(1)题 (1)总的原则：先串后并，接线到柱，注意量程和正负。(2)对限流电路，只需用笔画线当做导线，从电源正极开始，把电源、开关、滑动变阻器、“伏安法”部分依次串联起来即可(注意电表的正负接线柱和量程，滑动变阻器应调到阻值最大处)。(3)对分压电路，应该先把电源、开关和滑动变阻器的全部电阻丝三部分用导线连接起来，然后在滑动变阻器电阻丝两端之中任选一个接头，比较该接头和滑动头的电势高低，根据“伏安法”部分电表正负接线柱的情况，将“伏安法”部分接入该两点间。(注意滑动变阻器应调到使“伏安法”部分所接两点间阻值最小处)2电流表内接法和外接法的误差分析对应第(2)题(1)根据伏安法测电阻的实验原理，采用电流表内接法时，测得的电阻值偏大，即R测R真RA(2)采用外接法时，测量的电阻值偏小，即R测。 题组突破3(2013安徽高考)(1)在测定一根粗细均匀合金丝电阻率的实验中，利用螺旋测微器测定合金丝直径的过程如图实712所示，校零时的读数为_ mm，合金丝的直径为_mm。 图实712 图实713 图实714(2)为了精确测量合金丝的电阻Rx，设计出如图实713甲所示的实验电路图，按照该电路图完成图乙中的实物电路连接。4某同学测量阻值约为25 k的电阻Rx，现备有下列器材：A电流表(量程100 A，内阻约2 k)； B电流表(量程500 A，内阻约300 )； C电压表(量程15 V，内阻约100 k)；D电压表(量程50 V，内阻约500 k)； E直流电源(20 V，允许最大电流1 A)； F滑动变阻器(最大阻值1 k，额定功率1 W)；G开关和导线若干。电流表应选_，电压表应选_。(填字母代号)该同学正确选择仪器后连接了以下电路，为保证实验顺利进行，并使测量误差尽量减小，实验前请你检查该电路，指出电路在接线上存在的问题：_；_。考点三数据处理与误差分析典例3(2012北京高考)在“测定金属的电阻率”实验中，所用测量仪器均已校准。待测金属丝接入电路部分的长度约为50 cm。(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径，其中某一次测量结果如图实715所示，其读数应为_mm(该值接近多次测量的平均值)。(2)用伏安法测金属丝的电阻Rx。实验所用器材为：电池组(电动势3 V，内阻约1 )、电流表(内阻约0.1 )、电压表(内阻约3 k)、滑动变阻器R(020 ，额定电流2 A)、开关、导线若干。某小组同学利用以上器材正确连接好电路，进行实验测量，记录数据如下：次数1234567U/V0.100.300.701.001.501.702.30I/A0.0200.0600.1600.2200.3400.4600.520由以上实验数据可知，他们测量Rx是采用图实716中的_图(选填“甲”或“乙”)。 图实715 图实716 图实717(3)图实717是测量Rx的实验器材实物图，图中已连接了部分导线，滑动变阻器的滑片P置于变阻器的一端。请根据(2)所选的电路图，补充完成图实717中实物间的连线，并使闭合开关的瞬间，电压表或电流表不至于被烧坏。由题引知要点谨记3.分压式电路的连接对应第(3)题连接分压式结构时，应先将电源、开关、滑动变阻器的全部阻值(即下端两个接线柱)接入电路。4.根据描点作图像的能力对应第(4)题,(1)作图像时，应使大多数的点在直线或平滑的曲线上，不在线上的点尽量均匀分布在直线的两侧，误差较大的点舍去不用。,(2)在UI图像中，图线的斜率表示电阻值的大小，即Rx5对数据的运算能力对应第(5)题 (1)由公式R、S2可求。 (2)把数据统一用国际单位制，代入公式。6偶然误差与系统误差的关系对应第(6)题(1)偶然误差：由于各种偶然因素对实验者、测量仪器、被测物理量的影响而产生的。通过多次测量求平均值(或采用图像法处理数据)可减小偶然误差。(2)系统误差：由于仪器本身不精密，实验方法粗略或实验原理不完善而产生的。通过校准仪器或改进实验方法和实验设计原理可减小误差。(4)这个小组的同学在坐标纸上建立U、I坐标系，如图实718所示，图中已标出了与测量数据对应的4个坐标点。请在图中标出第2、4、6次测量数据的坐标点，并描绘出UI图线。由图线得到金属丝的阻值Rx_(保留两位有效数字)。图实718(5)根据以上数据可以估算出金属丝电阻率约为_(填选项前的符号)。A1102mB1103m C1106m D1108m(6)任何实验测量都存在误差。本实验所用测量仪器均已校准。下列关于误差的说法中正确的选项是_(有多个正确选项)。A用螺旋测微器测量金属丝直径时，由于读数引起的误差属于系统误差 B由于电流表和电压表内阻引起的误差属于偶然误差C若将电流表和电压表的内阻计算在内，可以消除由测量仪表引起的系统误差 D用UI图像处理数据求金属丝电阻可以减小偶然误差题组突破5(2014全国卷)在伏安法测电阻的实验中，待测电阻Rx约为200 ，电压表的内阻约为2 k，电流表的内阻约为10 ，测量电路中电流表的连接方式如图实719(a)或(b)所示，结果由公式Rx计算得出，式中U与I分别为电压表和电流表的示数。若将图(a)和图(b)中电路测得的电阻值分别记为Rx1和Rx2，则_(填“Rx1”或“Rx2”)更接近待测电阻的真实值，且测量值Rx1_(填“大于”、“等于”或“小于”)真实值，测量值Rx2_(填“大于”、“等于”或“小于”)真实值。 图实719 图实720 6(2014江苏高考)同学通过实验测量一种合金的电阻率。(1)用螺旋测微器测量合金丝的直径。为防止读数时测微螺杆发生转动，读数前应先旋紧如图实720甲所示的部件_(选填“A”、“B”、“C”或“D”)。从图甲中的示数可读出合金丝的直径为_mm。(2)如图乙所示是测量合金丝电阻的电路，相关器材的规格已在图中标出。合上开关，将滑动变阻器的滑片移到最左端的过程中，发现电压表和电流表的指针只在图示位置发生很小的变化。由此可以推断：电路中_(选填图中表示接线柱的数字)之间出现了_(选填“短路”或“断路”)。(3)在电路故障被排除后，调节滑动变阻器，读出电压表和电流表的示数分别为2.23 V和38 mA，由此，该同学算出接入电路部分的合金丝的阻值为58.7 。为了更准确地测出合金丝的阻值，在不更换实验器材的条件下，对实验应作怎样的改进？请写出两条建议。考点四实验的改进与创新典例4(2014山东高考)实验室购买了一捆标称长度为100 m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1.0 mm2，查得铜的电阻率为1.7108 m，再利用图实721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。可供使用的器材有： 图实721 图实722 电流表：量程0.6 A，内阻约0.2 ； 电压表：量程3 V，内阻约9 k； 滑动变阻器R1：最大阻值5 ； 滑动变阻器R2：最大阻值20 ；定值电阻：R03 ； 电源：电动势6 V，内阻可不计； 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“b”)。 (2)在实物图实722中，已正确连接了部分导线，请根据图甲电路完成剩余部分的连接。 (3)调节滑动变阻器，当电流表的读数为0.50 A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)。由题引知要点谨记1.实验原理的创新对应题干部分(1)教材中实验是测量金属丝的电阻率，而本实验是采用教材实验的原理测定导线的长度。(2)考查本实验的题目还可以将测金属丝的电阻率，改为测圆柱体金属、圆桶形薄片、电解液等的电阻率。(3)测量电阻时还可应用等效替代法、半偏法、多用电表、电桥法、双电流表法、双电压表法等。2.实验器材的创新对应第(1)题(1)本实验考虑导线电阻Rx较小，而未直接测量Rx的阻值，而是测量Rx与定值电阻的串联阻值。(2)实验中若没有螺旋测微器测电阻丝的直径，可将电阻丝紧密的缠绕在圆柱形铅笔上3050匝，测总长度，然后求出直径。 题组突破7(2013广东高考)图实723(a)是测量电阻Rx的原理图。学生电源输出电压可调，电流表量程选0.6 A(内阻不计)，标有长度刻度的均匀电阻丝ab的总长为30.0 cm。 图实723(1)根据原理图连接图(b)的实物图。(2)断开S2，合上S1；调节电源输出电压为3.0 V时，单位长度电阻丝的电压u_V/cm。记录此时电流表A1的示数。(3)保持S1闭合，合上S2；滑动c点改变ac的长度L，同时调节电源输出电压，使电流表A1的示数与步骤(2)记录的值相同，记录长度L和A2的示数I。测量6组L和I值，测量数据已在图(c)中标出，写出Rx与L、I、u的关系式Rx_；根据图(c)用作图法算出Rx_。实 验 七测定金属的电阻率(同时练习使用螺旋测微器)解析典例1答案(1)17.723.85(2)2.1500.048(3)0.020.440.12.200.11.700.58.5典例2答案(1)如图甲所示(2)(3)如图乙所示；用“”表示的数据连线时：1.2(1.11.3均可)；用“”表示的数据连线时：1.6(1.51.7均可) 典例3答案(1)0.397(0.3950.399均可) (2)甲(3)如图(a) (4)如图(b)4.5(4.34.7均可)(5)C(6)CD典例4答案(1)R2a (2)如右图所示 (3)2.30 (4)94 题组突破 1.答案：(1)1.889.40.820.16 (2)a.0.483b0.532c4.078d5.665e11.14 2.解析：用毫米刻度尺测量时，读数应读到mm的下一位，即长度测量值为60.10 cm；题图乙中游标卡尺为五十分度游标卡尺，精确度为0.02 mm，主尺读数为4 mm，游标尺第10条刻度线与主尺刻度线对齐，故游标尺读数为100.02 mm0.20 mm，所以金属杆直径测量值为4.20 mm。答案：60.104.203.解析：(1)由于螺旋测微器开始起点有误差，估读为0.007 mm，测量后要去掉开始误差。(2)将电表连入电路时注意电流要从正接线柱流入，掌握滑动变阻器的分压接法。答案：(1)0.0070.638(2)如图所示4.解析：直流电源的电压为20 V，为了提高读数准确度应该选择电压表C，因此待测电阻两端电压不得超过15 V，则通过的电流不超过I600 A，电流表应该选B。为了减小误差电流表应采用内接法，因为滑动变阻器的阻值远小于待测电阻的阻值，若串联，限流效果不明显，应该采用分压接法接入电路。 答案：BC电流表应采用内接法滑动变阻器应采用分压式接法5.解析：根据串、并联电路的特点解题。根据题意知，电压表的分流作用较显著，故Rx1更接近待测电阻的真实值。图(a)的测量值是Rx与RA串联的电阻阻值，故Rx1Rx真；图(b)的测量值是Rx与RV并联的电阻阻值，故Rx2Rx真。 答案：Rx1大于小于6.解析：(1)读数前先旋紧B，示数为0.01 mm41.00.410 mm。(2)电压表的示数接近电源的电动势，电流表的示数很小，说明电压表串联在电路中，由此推断：合金丝没有接入电路中，即电路中的接线柱7、9之间出现了断路。(3)由于电流表内阻约0.3 ，可将电流表改为内接；多次测量求平均值，可以让测量误差更小；或者用UI图像的斜率求出电阻。答案：(1)B 0.410(2)7、9断路(3)电流表改为内接；测量多组电流和电压值，计算出电阻的平均值。(或测量多组电流和电压值，用图像法求电阻值)7.解析：本题考查实物连接、实验步骤、实验数据处理，意在考查考生对实验原理的理解及数据处理的能力。断开S2，合上S1，电阻丝两端的电压为3.0 V，则电阻丝单位长度的电压为u0.1 V/cm。由于电流表A1的示数不变，因此ac段单位长度上的电压不变，Rx两端的电压为Lu，根据欧姆定律有Rx。LI，作出图像，如图所示，则根据图像的斜率求得Rx6 。 答案：(1)如图所示 (2)0.1 (3)6 实 验 七第 5 页 共 5 页