实验一-测定金属的电阻率课件

第七章第七章 恒定电流恒定电流 实验一测定金属的电阻率实验一测定金属的电阻率 (同时练习使用螺旋测微器同时练习使用螺旋测微器)第七章 恒定电流 实验一测定金属的电阻率【实验目的】【实验目的】1.1.掌握螺旋测微器的原理及读数方法。掌握螺旋测微器的原理及读数方法。2.2.掌掌握握电电流流表表、电电压压表表和和滑滑动动变变阻阻器器的的使使用方法及电流表和电压表的读数方法。用方法及电流表和电压表的读数方法。3.3.会会用用伏伏安安法法测测电电阻阻，并并能能测测定定金金属属的的电电阻率。阻率。【实验目的】一、一、螺旋测微器的构造原理及读数螺旋测微器的构造原理及读数 (2)(2)原理：原理：测微螺杆测微螺杆F F与固定刻度与固定刻度B B之间的精密之间的精密螺纹的螺距为螺纹的螺距为0.5 0.5 mmmm，即旋钮，即旋钮D D每旋转一周，每旋转一周，F F前前进或后退进或后退0.5 mm0.5 mm，而可动刻度，而可动刻度E E上的刻度为上的刻度为5050等份，等份，每每转动一小格，转动一小格，F F前进或后退前进或后退0.01 mm0.01 mm。即螺旋测即螺旋测微器的精确度为微器的精确度为0.01 mm0.01 mm。读数时误差出现在毫米。读数时误差出现在毫米的千分位上，因此，螺旋测微器又叫千分尺。的千分位上，因此，螺旋测微器又叫千分尺。1 1 构造构造 ：小砧小砧A A和固定刻和固定刻度度B B固定在框架固定在框架C C上旋钮上旋钮D D、微调旋钮微调旋钮DD和可动刻度和可动刻度E E、测、测微螺杆微螺杆F F连在一起，通过精密连在一起，通过精密螺纹套在螺纹套在B B上上。(3)(3)读数：读数：测量值测量值=固定刻度数固定刻度数(毫米毫米)()(注意半毫米刻注意半毫米刻线是否露出线是否露出)+)+可动刻度数可动刻度数(估一位估一位)0.01()0.01(毫米毫米)一、螺旋测微器的构造原理及读数 (2)原理：测微螺杆F（3 3）读数方法：）读数方法：测测量量时时被被测测物物体体长长度度的的半半毫毫米米数数由由固固定定刻刻度度读读出出，不不足足半半毫毫米米部部分分由由可可动动刻刻度度读读出出，可可由由可可动动刻刻度度零零刻刻线线与与轴轴线线的的位位置置关关系系判判断断：零零刻刻度度在在下下则已经露出。则已经露出。如图所示，固定刻度示数为如图所示，固定刻度示数为2.0 mm2.0 mm，而从可动刻度上读的，而从可动刻度上读的示数为示数为15.015.0，最后的读数为，最后的读数为2.0 mm+15.00.01 mm=2.150 mm2.0 mm+15.00.01 mm=2.150 mm。（3）读数方法：2 2游标卡尺游标卡尺 （1 1）构造：）构造：（2 2）用途：）用途：测量厚度、长度、深度、内径、外径。测量厚度、长度、深度、内径、外径。3 3）原理：）原理：利用主尺的最小分度与游标尺的最小分度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的刻度部分的总长度比主尺上的同样多的小等分刻度少少1 mm1 mm。常见的游标卡尺的游标尺上小等分刻度有。常见的游标卡尺的游标尺上小等分刻度有1010个的、个的、2020个的、个的、5050个的。个的。2游标卡尺 （1）构造：（4 4）读数：）读数：（4）读数：课堂探究课堂探究 课堂探究 课堂探究课堂探究 课堂探究 实验一-测定金属的电阻率课件17.717.723.8523.853.183.182.1502.15017.723.853.182.150二、二、实验的实验的原理原理理理由由R RLL/S/S得得RS/LRS/L，因此，只，因此，只要测出金属丝的长度要测出金属丝的长度l l，横截面积，横截面积S S和金属丝的电阻和金属丝的电阻R R，即可求出金属丝，即可求出金属丝的电阻率的电阻率.(1)(1)把金属丝接入电路中，用伏安法把金属丝接入电路中，用伏安法测金属丝的电阻测金属丝的电阻R(R=R(R=U/I)U/I)电路原电路原理图如图所示理图如图所示(2)(2)用毫米刻度尺测量金属丝的长度用毫米刻度尺测量金属丝的长度l l，用螺旋，用螺旋测微器量得金属丝的直径，算出横截面积测微器量得金属丝的直径，算出横截面积S.S.(3)(3)将测量的数据代入公式将测量的数据代入公式RS/LRS/L，求求得得金属丝的电阻率金属丝的电阻率：=R Rx xS S/l l=d d2 2U U/(4/(4lIlI)。二、实验的原理理(2)用毫米刻度尺测量金属丝的长度l，用螺旋实验一-测定金属的电阻率课件实验一-测定金属的电阻率课件六、【注意事项】六、【注意事项】1.1.螺旋测微器的使用螺旋测微器的使用(1)(1)测测量量前前必必须须校校对对零零点点:先先使使测测砧砧A A与与测测微微螺螺杆杆P P并并拢拢,观观察察可可动动刻刻度度的的零零刻刻度度线线与与固固定定刻刻度度的的轴轴向向线线是是否否重重合合以以及及可可动动刻刻度度的的边边缘缘与与固固定定刻刻度度的的零零刻刻度度线线是是否否重重合合。不不重重合合时时,用用存存放放在在螺旋测微器盒中的工具调节螺旋测微器盒中的工具调节,直到完全重合为止。直到完全重合为止。(2)(2)测量时测量时,当测微螺杆当测微螺杆P P将要接触被测物体时将要接触被测物体时,要停止使用旋钮要停止使用旋钮K,K,改用微调旋钮改用微调旋钮K,K,当听到当听到“咔、咔咔、咔”声后声后,停止转动停止转动,以以避免避免P P和被测物体间产生过大的压力。这样既可以保护仪器和被测物体间产生过大的压力。这样既可以保护仪器,又又能保证测量结果准确。能保证测量结果准确。(3)(3)螺旋测微器应估读一位，即以螺旋测微器应估读一位，即以mmmm作单位作单位,应读到小数点后面应读到小数点后面第三位。第三位。六、【注意事项】(2)测量时,当测微螺杆P将要接触被测物体时2.2.测定金属的电阻率测定金属的电阻率(1)(1)测量被测金属导线的有效长度，是指测量待测导线接测量被测金属导线的有效长度，是指测量待测导线接入电路的两个端点之间的长度，亦即电压表两端点间的入电路的两个端点之间的长度，亦即电压表两端点间的待测导线长度，测量时应将导线拉直，反复测量三次，待测导线长度，测量时应将导线拉直，反复测量三次，求其平均值求其平均值。(2)(2)测金属导线直径一定要选三个不同部位进行测量，测金属导线直径一定要选三个不同部位进行测量，求其平均值求其平均值(3)(3)本实验中被测金属丝的电阻值较小，故应采用电流表本实验中被测金属丝的电阻值较小，故应采用电流表外接法。外接法。2.测定金属的电阻率16可编辑16可编辑(4)(4)开关开关S S闭合前，滑动变阻器的阻值要调到最大。闭合前，滑动变阻器的阻值要调到最大。(5)(5)实验连线时实验连线时,应先从电源的正极出发应先从电源的正极出发,依次将开依次将开关、电流表、待测金属丝、滑动变阻器连成干路，关、电流表、待测金属丝、滑动变阻器连成干路，然后再把电压表并联在待测金属丝的两端。然后再把电压表并联在待测金属丝的两端。6 6在用伏安法测电阻时，通过待测导线的电流强度在用伏安法测电阻时，通过待测导线的电流强度I I不不宜过大宜过大(电流表用电流表用0 00.6 A0.6 A量程量程)，通电时间不宜过长，通电时间不宜过长，以免金属导线的温度明显升高，造成其电阻率在实验过以免金属导线的温度明显升高，造成其电阻率在实验过程中逐渐增大程中逐渐增大7 7求求R R的平均值时可用两种方法：第一种是用的平均值时可用两种方法：第一种是用R RU/IU/I算算出各次的测量值，再取平均值；第二种是用图象出各次的测量值，再取平均值；第二种是用图象(U(UI I图图线线)来求出若采用图象法，在描点时，要尽量使各点间来求出若采用图象法，在描点时，要尽量使各点间的距离拉大一些，连线时要尽可能地让各点均匀分布在的距离拉大一些，连线时要尽可能地让各点均匀分布在直线的两侧，个别明显偏离较远的点可以不予考虑直线的两侧，个别明显偏离较远的点可以不予考虑(4)开关S闭合前，滑动变阻器的阻值要调到最大。6在用伏安实验一-测定金属的电阻率课件实验一-测定金属的电阻率课件【例例1 1】某实验小组利用实验室提供的器材探究一种金属某实验小组利用实验室提供的器材探究一种金属丝的电阻率，所用的器材包括：输出为丝的电阻率，所用的器材包括：输出为3V3V的直流稳压电的直流稳压电源、电流表、待测金属丝、米尺、电阻箱、开关和导线源、电流表、待测金属丝、米尺、电阻箱、开关和导线等等(如图如图)。(1)(1)他们截取了一段金属丝，拉直后固定在他们截取了一段金属丝，拉直后固定在绝缘的米尺上，并在金属丝上夹上一个小金属夹，绝缘的米尺上，并在金属丝上夹上一个小金属夹，金属金属夹可在金属丝上移动。请根据现有器材，设计实验电路，夹可在金属丝上移动。请根据现有器材，设计实验电路，并连接电路实物图并连接电路实物图(如图如图)。考点考点1 1 测定金属电阻率的原理测定金属电阻率的原理【例1】某实验小组利用实验室提供的器材探究一种金属丝的电阻率 (2)(2)实验的主要步骤如下：实验的主要步骤如下：正确连接电路，设定电阻箱的阻值，开启正确连接电路，设定电阻箱的阻值，开启电源，合上开关；电源，合上开关；读出电流表的示数，记录金属夹的位置；读出电流表的示数，记录金属夹的位置；断开开关，断开开关，_。合上开关，。合上开关，重复重复的操作。的操作。(3)(3)该小组测得电流与金属该小组测得电流与金属丝接入长度关系的数据，并丝接入长度关系的数据，并据此给出了如图中的关系图据此给出了如图中的关系图线，其斜率为线，其斜率为_A_A-1-1mm-1-1 (保留三位有效数字保留三位有效数字)；图线；图线纵轴截距与电源电动势的乘纵轴截距与电源电动势的乘积代表了积代表了_ _ 的电阻之和。的电阻之和。(2)实验的主要步骤如下：【答案答案】(1)(1)如图甲、乙如图甲、乙 。(2)(2)读出接入电路中的金属丝的长度读出接入电路中的金属丝的长度 (3)1.63 (3)1.63 电源的内阻与电阻箱电源的内阻与电阻箱 【解析解析】本题以创新型实验的形式考查了电阻率的测量，解本题以创新型实验的形式考查了电阻率的测量，解答时首先要看明白实验的原理，对利用图象获取信息的能力有较答时首先要看明白实验的原理，对利用图象获取信息的能力有较高的要求。依据实验器材和实验目的测量金属丝的电阻率，电路高的要求。依据实验器材和实验目的测量金属丝的电阻率，电路图如图甲所示；电路实物图如图乙所示，依据闭合电路欧姆定律图如图甲所示；电路实物图如图乙所示，依据闭合电路欧姆定律得得E=I(r+RE=I(r+R0 0+R+Rx x)，参照题目给出的图象可得，参照题目给出的图象可得1/I=(r+R1/I=(r+R0 0)/E=)/E=/(ES)L/(ES)L，可见直线的斜率，可见直线的斜率k=k=/(ES)/(ES)，可知斜率、，可知斜率、电源电动势和金属丝横截面积的乘积代表的物理量是金属丝的电电源电动势和金属丝横截面积的乘积代表的物理量是金属丝的电阻率阻率，其数值和单位为，其数值和单位为1.54101.5410-7-7 m m；依据直线可得其斜率；依据直线可得其斜率为为1.63 A1.63 A-1-1mm-1-1，截距为，截距为(r+R(r+R0 0)/E)/E，则图线纵轴截距与电源电动势，则图线纵轴截距与电源电动势的乘积为的乘积为(r+R(r+R0 0)。【答案】(1)如图甲、乙。(2)读出接入电考点二对实验操作及实验数据处理的考查考点二对实验操作及实验数据处理的考查图图14图图150.1550.1552525考点二对实验操作及实验数据处理的考查图14图150.155图图16A A2 2R R2 2图16A2R2图图1717B B图17B【例例3 3】某研究性学习小组设计了如图所示的电路，某研究性学习小组设计了如图所示的电路，用来研究稀盐水溶液的电阻率与浓度的关系。图用来研究稀盐水溶液的电阻率与浓度的关系。图中中E E为直流电源，为直流电源，K K为开关，为开关，K K1 1为单刀双掷开关，为单刀双掷开关，V V为电压表，为电压表，A A为多量程电流表，为多量程电流表，R R为滑为滑 动变阻器，动变阻器，R Rx x为待测稀盐水溶液液柱。为待测稀盐水溶液液柱。(1)(1)实验时，闭合实验时，闭合K K之之前将前将R R的滑片的滑片P P置于置于_(_(填填“C”C”或或“D”)D”)端；当用端；当用电流表外接法测量电流表外接法测量R Rx x的阻值时，的阻值时，K K1 1应应置于位置置于位置_(填填“1”1”或或“2”)2”)。考点考点3 3 实验拓展创新实验拓展创新D D1 1【例3】某研究性学习小组设计了如图所示的电路，用来研究稀盐水(2)(2)在一定条件下，用电流表内、外接法得到在一定条件下，用电流表内、外接法得到R Rx x的的电阻率随浓度变化的两条曲线如图所示电阻率随浓度变化的两条曲线如图所示(不计由于不计由于通电导致的化学变化通电导致的化学变化)，实验中，实验中R Rx x的通电面积为的通电面积为20 20 cmcm2 2，长度为，长度为20 cm20 cm，用内接法测量，用内接法测量R Rx x的阻值是的阻值是3 3 500 500，则其电阻率为，则其电阻率为 _ mm，由图中对应，由图中对应曲线曲线_(_(填填“1”1”或或“2”)2”)可得此时溶可得此时溶液浓度约为液浓度约为 _%(结果保留两位结果保留两位有效数字有效数字)。0.0110.0110.0140.014间的数据间的数据35351 1(2)在一定条件下，用电流表内、外接法得到Rx的电阻率随浓度 【解析解析】(1)1)滑动变阻器是分压作用，滑动变阻器是分压作用，为保护仪表，开始滑片为保护仪表，开始滑片P P置于置于D D端，电流表端，电流表外接法测外接法测R Rx x阻值时，阻值时，K K1 1应置于应置于1 1位置。位置。(2)(2)由由R Rx x=L L/S/S得，得，=R=Rx xS/S/L L=(35002010=(35002010-4-4)/(2010)/(2010-2-2)m=35 m=35 mm。因为因为R Rx x=3 500=3 500 ，这一阻值远大于电，这一阻值远大于电流表内阻，而与电压表内阻较接近，所以流表内阻，而与电压表内阻较接近，所以选用电流表内接法误差较小，测量较准确，选用电流表内接法误差较小，测量较准确，曲线曲线1 1对应的较准确，所以曲线对应的较准确，所以曲线1 1对应内接对应内接法。由曲线法。由曲线1 1可得此时溶液浓度约为可得此时溶液浓度约为0.012%0.012%。【解析】(1)滑动变阻器是分压作用，为保护仪2.2.有一根圆台状匀质合金棒如图所示，有一根圆台状匀质合金棒如图所示，某同学猜测其电阻的大小与该合金棒某同学猜测其电阻的大小与该合金棒的电阻率的电阻率、长度、长度L L和两底面直径和两底面直径d d、D D有关。他进行了如下实验：有关。他进行了如下实验：(1)(1)测量该测量该合金棒电阻的实物电路如图所示合金棒电阻的实物电路如图所示(相关器材的参数已在图相关器材的参数已在图中标出中标出)。该合金棒的电阻约为几个欧姆。图中有一处连。该合金棒的电阻约为几个欧姆。图中有一处连接不当的导线是接不当的导线是_。(用标注在导线旁的数字表示用标注在导线旁的数字表示)2.有一根圆台状匀质合金棒如图所示，(2)(2)改正电路后，通过实验测得合金棒的改正电路后，通过实验测得合金棒的电阻电阻R=6.72 R=6.72 。根据电阻定律计算电阻。根据电阻定律计算电阻率为率为、长为、长为L L、直径分别为、直径分别为d d和和D D的圆柱的圆柱状合金棒的电阻分别为状合金棒的电阻分别为R Rd d=13.3=13.3 、R RD D=3.38=3.38 。他发现：在误差允许范围内，。他发现：在误差允许范围内，电阻电阻R R满足满足R R2 2=R=Rd dRRD D，由此推断该圆台状，由此推断该圆台状合金棒的电阻合金棒的电阻R=_R=_。(用用、L L、d d、D D表示表示)4 4 L L/(/(dDdD)(2)改正电路后，通过实验测得合金棒的4L/(dD)31可编辑31可编辑