测金属丝的电阻率

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,学案3 实验(一)：测定金属的电阻率,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和读数方法；,3.,会用伏安法测电阻，进一步测定金属的电阻率。,二、实验原理,1.,螺旋测微器的构造原理及读数,(1),螺旋测微器的原理,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,。读数时误差出现在毫米的千分位上，因此，螺旋测微器又叫千分尺。,(2),读数：测量时被测物体长度的整数毫米数由固定刻度读出，小数部分由可动刻度读出。,测量值,(,毫米,)=,固定刻度数,(,毫米,)(,注意半毫米刻线是否露出,)+,可动刻度数,(,估读一位,)0.01(,毫米,),2.,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,=,U,x,+,U,A,电压表分流,I,测,=,Ix,+,I,V,电阻测量值,R,测,=,U,测,/,I,测,=,R,x,+,R,A,R,x,测量值大于真实值,R,测,=,U,测,/,I,测,=,R,x,R,V,/(,R,x,+,R,V,),R,x,测量值小于真实值,适用条件,R,A,R,x,适用于测量,大电阻,小电阻,(2),两种电路的选择,定量判定法,若已知待测电阻的大致阻值,R,x,，电流表的内阻,R,A,和电压表的内阻,R,V,，则：当,R,x,R,A,或,R,x,/,R,A,R,V,/,R,x,时，选用“内接法”，当,R,x,R,V,或,R,x,/,R,A,R,V,/,R,x,时，选用“外接法”,，,R,x,/,R,A,=,R,V,/,R,x,时，两种接法均可。简单概括即为“大内偏大，小外偏小”。,试触法,若,不知,R,x,的大约阻值，可采用“试触法”，将电路如图,7-3-2,所示连接，空出电压表的一个接头,S,，然后将,S,分别与,a,，,b,接触一下，观察两表示数变化情况。,a.,若电流表示数变化明显，说明电压表分流作用较强，即,R,x,阻值较大，应采用“内接法”，,S,应接,b,b.,若电压表示数变化明显，说明电流表分压作用较强，即,R,x,阻值较小，应采用“外接法”，,S,应接,a,3,伏安法测电阻的控制电路,供电电路是一般由电源和滑动变阻器按一定的连接方式组成，滑动变阻器在供电电路中有两种接线方法：限流式和分压式,(,如图所示,),限流式可省一个耗电支路，分压式电压调节范围大，应根据需要选用,变阻器的分压与限流接法是高考的热点，虽然两种电路均可调节负载电阻电压和电流的大小，但在不同条件下，调节效果大不一样,(1),负载电阻的阻值,R,x,远大于变阻器的总电阻,R,，须用分压式电路,(2),要求负载上电压或电流变化范围较大，且从零开始连续可调，须用分压式电路,(3),负载电阻的阻值,R,x,小于变阻器总电阻,R,或相差不多，且电压、电流变化不要求从零调起时，可采取限流接法,(4),两种电路均可使用的情况下，应优先采用限流式接法，因为限流接法总功率较小,(5),特殊问题中还要根据电压表和电流表量程以及电阻允许通过的最大电流值反复推敲，以能减小误差的连接方式为好,4.,电阻率的测定原理,把,金属丝接入如,图所,示的电路中，用电压表测,金属丝两端,的电压，用电流表测金属丝中的电流，根据,R,x,=,U,/,I,计算金属丝,的电阻,R,x,，然后用米尺测量金属丝的有效长度,l,，,用螺旋测微器,测量金属丝的直径,d,，计算出金属丝的横截面积,S,；根据电阻,定律,Rx=,l,/,S,，得出计算金属丝电阻率的公式,=,R,x,S,/,l,=,d,2,U,/(4,lI,),。,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、导线若干。,四、实验步骤,1.,用螺旋测微器在金属丝的三个不同位置分别测量金属丝的直径，将测量结果记入表格，求直径的平均值，计算出金属丝的横截面积。,2.,用米尺测量接入电路中的被测金属丝的长度,l,，测量三次，将测量结果记入表格中。,3.,按图,7-3-3,所示的电路连接好器材，注意滑动变阻器应调在阻值最大的位置，电流表和电压表选择好适当的量程。,4.,闭合开关,S,，调节滑动变阻器的滑动触片，读出几组相应的电流表和电压表的示数,I,和,U,的值，记入记录表格内。,5.,打开开关,S,，拆除电路，整理好实验器材。,6.,数据处理,根据,上面记录的数据，完成以下表格内容：,(1),金属丝的长度,=_cm=_m,；,(2),金属丝的横截面积,S,=_mm,2,=_m,2,。,(3),金属丝的电阻,=_,。,(4),金属丝材料的电阻率,= =_m,。,实验次数,长度,l,/cm,长度平均,/cm,直径,d,/mm,直径平均,/mm,横截面积,S,/mm,2,1,2,3,实验次数,电压,U,/V,电流,I,/A,电阻,R,/,/,1,2,3,五、注意事项,1.,为减小,金属丝横截面积带来的误差，测量直径时用螺旋测微器在金属丝的三个不同位置各测量一次，取平均值；,2.,测量金属丝的长度应该在接入电路后且在拉直的状态下进行，为减小误差应测量三次取平均值；,3.,为了减少由于温度变化而带来的测量误差，实验中注意通电时间不宜过长、电流不宜过大；,4.,测量电路采用电流表外接法，调节滑动变阻器阻值时注意同时观察两个电表的示数，尽量使表的指针偏转较大，以减少读数误差，但是注意防止超过量程；,5.,为了减小实验误差，测量金属丝的电阻时一般电流,I,、电压,U,测量多次，求出对应的电阻后取电阻的平均值，实验中也可以利用,U-I,图线求电阻；,6.,闭合开关,S,之前，一定要使滑动变阻器的滑动片处在有效电阻最大的位置；,六、误差分析,1.,金属丝的横截面积是利用直径计算而得到的，直径的测量是产生误差的主要来源之一；,2.,采用伏安法测量金属丝的电阻时，必然带来系统误差；,3.,金属丝的长度测量、电流表和电压表的读数等会带来偶然误差；,4.,由于金属丝通电后发热升温，会使金属丝的电阻率变大，造成测量误差,命题规律,根据题设要求选择适当仪器，设计符合要求的电路，并求出待测电阻值,考例,2,如图所示为用伏安法测量一个定值电阻的实验所需的器材实物图，器材规格如下：,伏安法测电阻,(1),待测电阻,R,x,(,约,100),(2),直流毫安表,(,量程,0,10mA,，内阻,50),(3),直流电压表,(,量程,0,3V,，内阻,5k),(4),直流电源,(,输出电压,4V,，内阻不计,),(5),滑动变阻器,(,阻值范围,0,15,，允许最大电流,1A),(6),开关,1,个，导线若干,根据器材的规格和实验要求，在本题的实物图上连线,应选择外接法，滑动变应选择分压电路，最后画出电路图如图,(a),，实物连线如图,(b),总结评述,连接实验图的基本方法：,(1),分析各元件的连接方式和控制电路的方式,(2),画出实验电路图,(3),画出连接各元件，一般先从电源正极开始，到开关再到滑动变阻器等，按顺序以单线连接的方式将主电路中要串联的元件依次串联起来，然后再将要并联的元件并联到电路中,(4),电压表应并联，电流表应串联，且电流应由正极流入、负极流出,(5),变阻器的触头位置应保证电路中用电器的安全，即保证电路中流过的电流最小或加在用电器两端的电压最小,(6),连线不能交叉,用伏安法测量某电阻,R,x,的阻值，现有实验器材如下：,A,待测电阻,R,x,：范围在,5,8,，额定功率,1W,B,电流表,A,1,：量程,0,0.6A(,内阻约,0.2),C,电流表,A,2,：量程,0,3A(,内阻约,0.05),D,电压表,V,1,：量程,0,3V(,内阻约,3k),E,电压表,V,2,：量程,0,15V(,内阻约,15k),F,滑动变阻器,R,：,0,100,G,蓄电池：电动势,12V,H,导线，电键,为了较准确地测量，并保证器材安全，电流表应选,_,，电压表应选,_,，并画出电路图,选用电流表的外接法测电阻；应选择限流式电路，其电路如图所示,答案,A,1,V,1,命题规律,利用伏伏法、安安法、电阻箱和电压表,(,或电流表,),法、代替法等，测电阻值并设计电路,考例,3,用以下器材测量电阻,R,x,的阻值,(900,1000),；电源,E,，具有一定内阻，电动势约为,9.0V,；电压表,V,1,，量程为,1.5V,，内阻,r,1,750,；电压表,V,2,，量程为,5V,，内阻,r,2,2500,；滑动变阻器,R,，最大阻值约为,100,；单刀单掷开关,S,，导线若干,试画出测量电阻,R,x,的一种实验电路原理图,(,原理图中的元件要用题目中相应的英文字母标注,),；,(2),若电压表,V,1,的读数用,U,1,表示，电压表,V,2,的读数用,U,2,表示，则由已知量和测得量表示,R,x,的公式为,R,x,_.,(1),测量电阻,R,x,的实验电路如图所示,(2),电压表 的示数为,U,1,，电压表 的示数为,U,2,，电压表 的内阻为,r,1,，根据串联、并联电路的规律，算出,R,x,的电阻为,R,x,r,1,.,