高考物理创新案例(人教)实验八 测定金属的电阻率（同时练习使用螺旋测微器）

欢迎进入物理课堂 一 实验目的1 掌握螺旋测微器的原理及读数方法 2 掌握电流表 电压表和滑动变阻器的使用方法及电流表和电压表的读数方法 3 会用伏安法测电阻 并能测定金属的电阻率 二 实验原理1 螺旋测微器的构造原理及读数 1 螺旋测微器的构造 图实 8 1 如图实 8 1所示是常用的螺旋测微器 它的小砧A和固定刻度S固定在框架F上 旋钮K 微调旋钮K 和可动刻度H 测微螺杆P连在一起 通过精密螺纹套在S上 2 螺旋测微器的原理测微螺杆P与固定刻度S之间的精密螺纹的螺距为0 5mm 即旋钮K每旋转一周 P前进或后退0 5mm 而可动刻度H上的刻度为50等份 每转动一小格 P前进或后退0 01mm 即螺旋测微器的精确度为0 01mm 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 3 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 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 2 伏安法测电阻 1 电流表的内接法和外接法的比较 试触法 如图实 8 2所示 将电压表分别接在a c和b c两点间时 若电流表示数变化较大 说明电压表分流较大 应选用内接法 若电压表示数变化较大 则选用外接法 图实 8 2 三 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 四 实验操作1 实验步骤 1 用螺旋测微器在被测金属导线上的三个不同位置各测一次直径 求出其平均值d 计算出导线的横截面积S 2 按如图实 8 3所示的原理电路图连接好用伏安法测电阻的实验电路 图实 8 3 3 用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属导线的有效长度 反复测量3次 求出其平均值L 4 把滑动变阻器的滑动片调节到使接入电路中的电阻值最大的位置 电路经检查确认无误后 闭合开关S 改变滑动变阻器滑动片的位置 读出几组相应的电流表 电压表的示数I和U的值 记入表格内 断开开关S 5 拆去实验线路 整理好实验器材 2 数据处理测量数据填入下表中 五 注意事项1 测量直径应在导线连入电路前进行 测量金属丝的长度 应该在连入电路之后在拉直的情况下进行 2 本实验中被测金属丝的电阻值较小 故须采用电流表外接法 3 开关S闭合前 滑动变阻器的阻值要调至最大 4 电流不宜太大 电流表用0 0 6A量程 通电时间不宜太长 5 实验连线时 应先从电源的正极出发 依次将电源 开关 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 六 误差分析1 金属丝的横截面积是利用直径计算而得 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 由于采用的是电流表外接法 测量值小于真实值 使电阻率的测量值偏小 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 例1 在 测定金属的电阻率 的实验中 用螺旋测微器测量金属丝直径时的刻度位置如图实 8 4所示 用米尺测出金属丝的长度L 金属丝的电阻大约为5 先用伏安法测出金属丝的电阻R 然后根据电阻定律计算出该金属材料的电阻率 图实 8 4 1 从图中读出金属丝的直径为 mm 2 为此取来两节新的干电池 电键和若干导线及下列器材 A 电压表0 3V 内阻10k B 电压表0 15V 内阻50k C 电流表0 0 6A 内阻0 05 D 电流表0 3A 内阻0 01 E 滑动变阻器 0 10 F 滑动变阻器 0 100 要求较准确地测出其阻值 电压表应选 电流表应选 滑动变阻器应选 填序号 实验中某同学的实物接线如图实 8 5所示 请指出该同学实物接线中的两处明显错误 错误1 错误2 图实 8 5 解析 1 从螺旋测微器的主尺上可以看出 半毫米刻度线已经露出来 因此主尺上应读0 5mm 螺旋上正对第18个刻度线 可以估读0 180mm 所以该金属丝直径应为0 5mm 0 180mm 0 680mm 2 因为两节干电池的电动势是3V 用3V量程的电压表A 因为金属丝的电阻大约为5 如果把3V的电动势全加在金属丝上 电流才是0 6A 因此用量程是0 6A的电流表C 此题中金属丝的电阻大约为5 为了减小实验误差 应选10 的滑动变阻器E 答案 1 0 680 2 ACE 错误1 导线连接在滑动变阻器的滑片上错误2 采用了电流表内接法 例2 做测一金属电阻丝的电阻Rx的实验 1 某实验小组要用 伏安法 测量电阻丝的电阻Rx 已知电压表内阻约3k 电流表内阻约1 若采用图实 8 6甲电路测量 则Rx的测量值比真实值 填 偏大 或 偏小 若Rx约为10 应采用图 选 甲 或 乙 的电路 误差会比较小 图实 8 6 2 若该实验小组实验时 某次测量时电压表和电流表的示数如图实 8 7所示 则电流表示数为 A 电压表读数为 V 图实 8 7 3 该实验小组经过讨论 发现无论是用图甲或图乙测量 都不可避免产生由电表内阻引起的系统测量误差 于是该实验小组又设计了如图实 8 8所示的实验方案 利用该方案测量的主要实验步骤如下 图实 8 7 第一步 将电键S2接2 闭合电键S1 调节滑动变阻器RP和RW 使电表读数接近满量程 但不超过量程 记录此时电压表和电流表的示数为U1 I1 请你根据实验原理为该实验小组写出接下的第二步操作 并说明需要记录的数据 由以上记录的数据计算出被测电阻Rx的表达式为Rx 简要分析此实验方案为何能避免电表内阻引起的实验误差 1 在 探究决定导线电阻的因素 的实验中 以下操作中错误的是 A 用米尺测量金属丝的全长 且测量三次 算出其平均值 然后再将金属丝接入电路中B 用螺旋测微器在金属丝三个不同部位各测量一次直径 算出其平均值C 用伏安法测电阻时采用电流表外接法 多次测量后算出平均值D 实验中应保持金属丝的温度不变 解析 实验中应测量出金属丝接入电路中的有效长度 而不是全长 金属丝的电阻很小 与电压表内阻相差很大 使金属丝与电压表并联 电压表对它分流作用很小 应采用电流表外接法 故A操作错误 答案 A 2 分别用图实 8 9所示的 a b 两种电路测量同一未知电阻的阻值 图 a 中两表的示数分别为3V 4mA 图 b 中两表的示数分别为4V 3 9mA 则待测电阻Rx的真实值为 A 略小于1k B 略小于750 C 略大于1k D 略大于750 图实 8 9 答案 D 3 某小组的两位同学采用 伏安法 测金属丝的电阻的实验中 根据同一组数据进行正确描点后 甲 乙两位同学根据自己的理解各作出一条图线 如图实 8 10甲 乙所示 根据你对实验的理解 你认为 同学的图线正确 根据你选择的图线算出该金属丝的电阻为 保留两位有效数字 图实 8 10 答案 甲3 8 3 7 3 9均可 4 2010 福建高考 如图实 8 11所示是一些准备用来测量待测电阻Rx阻值的实验器材 器材及其规格列表如下 图实 8 11 为了能正常进行测量并尽可能减小测量误差 实验要求测量时电表的读数大于其量程的一半 而且调节滑动变阻器能使电表读数有较明显的变化 请用实线代替导线 在所给的实验器材中选择若干合适的器材 连成满足要求的测量Rx阻值的电路 解析 因为电源电动势为9V 而待测电阻约为1000 所以不可能使量程为3 0A的电流表读数超过量程的一半 故电流表舍弃不用 滑动变阻器总阻值小于待测电阻阻值 只能采用分压式电路接法 由于电压表内阻已知 故可将电压表当做 电流表 来使用 答案 连线如图 5 某学习小组为测量一铜芯电线的电阻率 他们截取了一段电线 用米尺测出其长度为L 用螺旋测微器测得其直径为D 用多用电表测得其电阻值约为2 为提高测量的精度 该小组的人员从下列器材中挑选了一些元件 设计了一个电路 重新测量这段导线 用Rx表示 的电阻 A 电源E 电动势为3 0V 内阻不计 B 电压表V1 量程为0 3 0V 内阻约为2k C 电压表V2 量程为0 15 0V 内阻约为6k D 电流表A1 量程为0 0 6A 内阻约为1 E 电流表A2 量程为0 3 0A 内阻约为0 1 F 滑动变阻器R1 最大阻值10 额定电流2 0A G 滑动变阻器R2 最大阻值1k 额定电流1 0A H 定值电阻R0 阻值为3 I 开关S一个 导线若干 1 如图实 8 12是该实验小组用螺旋测微器对铜芯电线直径的某次测量 其读数是 mm 2 为提高实验的精确度 请你为该实验小组设计电路图 并画在下面的方框中 图实 8 12 3 实验时电压表选 电流表选 滑动变阻器选 只填代号 4 某次测量时 电压表示数为U 电流表示数为I 则该铜芯电线材料的电阻率的表达式为 解析 1 螺旋测微器读数时要注意固定刻度上0 5刻度是否已露出 对可动尺读数时要注意估读到小数点后第三位 单位为mm 读数为0 700mm 2 比较电压表内阻 电流表内阻和待测电阻的大小关系 可得测量电路必须用电流表外接法 滑动变阻器采用分压式接法和限流式接法均可 如图所示 6 在 测定金属丝的电阻率 的实验中 某同学进行了如下测量 1 用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属丝的有效长度 测量3次 求出其平均值l 其中一次测量结果如图实 8 13甲所示 金属丝的另一端与刻度尺的零刻线对齐 图中读数为 cm 用螺旋测微器测量金属丝的直径 选不同的位置测量3次 求出其平均值d 其中一次测量结果如图实 8 13乙所示 图中读数为 mm 图实 8 13 2 采用如图实 8 14所示的电路测量金属丝的电阻 电阻的测量值比真实值 填 偏大 或 偏小 最后由公式 计算出金属丝的电阻率 用直接测量的物理量表示 图实 8 14 3 请你根据图实 8 14所示电路图在图实 8 15中进行实物连线 电流表选0 6A量程 电压表选3V量程 图实 8 15 3 实物连接如下图所示 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全