高中人教版 (2019)第十一章 電路及其應用3 實驗：導體電阻率的測量精品ppt課件

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【實驗目的】1.掌握螺旋測微器的原理及讀數方法。2.掌握電流表、電壓表和滑動變阻器的使用方法及電流表和電壓表的讀數方法。3.會用伏安法測電阻，并能測定金屬的電阻率。
【實驗原理】歐姆定律和電阻定律。用毫米刻度尺測一段金屬絲導線的長度L，用螺旋測微器測導線的直徑d，用伏安法測導線的電阻R =U/I ；又由R =ρL/S得
被測金屬絲，直流電源(4 V)，電流表(0～0.6 A)，電壓表(0～3 V)，滑動變阻器(0～50 Ω)，開關，導線若干， ，毫米刻度尺.
【實驗過程】一、實驗步驟1.直徑測定 用螺旋測微器在被測金屬絲上的三個不同位置各測一次直徑， 求出其平均值d，計算出金屬絲的橫截面積
2.電路連接按如圖所示的電路原理圖連接好用伏安法測電阻的實驗電路。
3.長度測量 用毫米刻度尺測量接入電路中的被測金屬絲的有效長度，反復測量3次，求出其平均值l。
4.U、I測量把滑動變阻器的滑片調節(jié)到使接入電路中的電阻值最大的位置，電路經檢查確認無誤后，閉合開關S，改變滑動變阻器滑片的位置，讀出幾組相應的電流表、電壓表的示數I和U的值，記入表格內，斷開開關S。
5.拆除實驗線路，整理好實驗器材。
【誤差分析】1.金屬絲的橫截面積是利用直徑計算而得的，直徑的測量是產生誤差的主要來源之一。2.采用伏安法測量金屬絲的電阻時，由于采用的是電流表外接法，測量值小于真實值，使電阻率的測量值偏小。3.金屬絲的長度測量、電流表和電壓表的讀數等均會帶來偶然誤差。4.由于金屬絲通電后發(fā)熱升溫，會使金屬絲的電阻率變大，造成測量誤差。
【注意事項】1.螺旋測微器的使用(1)測量時,當測微螺桿P將要接觸被測物體時,要停止使用旋鈕K,改用微調旋鈕K′,當聽到“咔、咔…”聲后,停止轉動,以避免P和被測物體間產生過大的壓力。這樣既可以保護儀器,又能保證測量結果準確。(2)螺旋測微器應估讀一位，即以mm作單位,應讀到小數點后面第三位。
2.測定金屬的電阻率(1)為了方便,測量直徑應在金屬絲連入電路前進行,測金屬絲直徑一定要選三個不同部位進行測量，求其平均值。(2)測量被測金屬絲的有效長度，為了準確測量金屬絲的長度,應該在連入電路之后在拉直的情況下進行,測量待測金屬絲接入電路的兩個端點之間的長度。亦即電壓表兩端點間的被測金屬絲長度，測量時應將金屬絲拉直，反復測量三次，求其平均值。(3)本實驗中被測金屬絲的電阻值較小，故應采用電流表外接法。(4)開關S閉合前，滑動變阻器的阻值要調到最大。
(5)電流不宜太大（電流表用0～0.6 A量程），通電時間不宜太長,以免金屬絲溫度升高，導致電阻率在實驗過程中變大。(6)實驗連線時,應先從電源的正極出發(fā)，依次將開關、電流表、待測金屬絲、滑動變阻器連成干路，然后再把電壓表并聯(lián)在待測金屬絲的兩端。
(7)若采用圖象法求電阻阻值的平均值，在描點時，要盡量使各點間的距離拉大一些，連線時要盡可能地通過較多的點，其余各點均勻分布在直線的兩側，個別明顯偏離較遠的點可以不予考慮.
(8)求R的平均值可用兩種方法：第一種是用算出各次的測量值，再到平均值；第二種是用圖像U—I（圖線）的斜率來求出。(9)電流表與電壓表的讀數要注意有效數字的位數。
例1 在測量金屬絲電阻率的實驗中，可供選用的器材如下：待測電阻絲：Rx（阻值約4 Ω，額定電流約0.5 A）電壓表：V（量程3 V，內阻約3 kΩ）電流表：A1（量程0.6 A，內阻約0.2 Ω） A2（量程3 A，內阻約0.05 Ω）電源：E1（電動勢3 V，內阻不計）； E2（電動勢12 V，內阻不計）；滑動變阻器：R（最大阻值約20 Ω）；螺旋測微器；毫米刻度尺；開關S；導線。
(1)用螺旋測微器測量金屬絲的直徑，示數如圖所示，讀數為_________mm。
螺旋測微器的固定刻度上顯示為1.5 mm，小數部分由可動刻度讀得為0.273 mm，二者相加就是測量值,1.5mm+0.273mm=1.773 mm。
(2)若滑動變阻器采用限流接法，為使測量盡量精確，電流表應選_______、電源應選________（均填器材代號），在虛線框內完成電路原理圖。
由于待測電阻絲的電阻較小，故電流表應選外接法。
待測電阻絲的額定電流約為0.5 A,為了減小實驗誤差，應選量程為0.6 A的電流表A1
待測電阻絲的電阻約為4 Ω，額定電流約為0.5 A，故由歐姆定律得額定電壓約為2 V，所以電源應選E1。
例2.某同學想要了解導線在質量相同時電阻與截面積的關系，選取了材料相同、質量相等的5卷導線，進行了如下實驗：（1）用螺旋測微器測量某一導線的直徑如圖所示。讀得直徑d=_______mm。
讀數為(1+20.0×0.01) mm=1.200 mm。
（2）該同學經實驗測量及相關計算得到如下數據：
請你根據以上數據判斷，該種導線的電阻R與截面積S是否滿足反比關系？若滿足反比關系，請說明理由；若不滿足，請寫出R與S應滿足的關系。
由數據可得：R與S不成反比，R與S2成反比（或RS2=恒量）
1.用螺旋測微器測量某金屬絲直徑的結果如圖所示. 該金屬絲的直徑是________mm.
答案　1.706(1.705～1.707均可)
固定刻度讀數為1.5 mm
可動刻度讀數為20.6×0.01 mm
1.5 mm＋20.6×0.01 mm＝1.706 mm
2.某興趣小組在做“測定金屬絲的電阻率”的實驗中, 通過粗測電阻絲的電阻約為5 Ω, 為了使測量結果盡量準確, 從實驗室找到以下供選擇的器材: A. 電池組(3 V, 內阻約1 Ω)B. 電流表A1(0～3 A, 內阻0.0125 Ω)C. 電流表A2(0～0.6 A, 內阻約0.125 Ω)
D. 電壓表V1(0～3 V, 內阻4 kΩ)E. 電壓表V2(0～15 V, 內阻15 kΩ)F. 滑動變阻器R1(0～20 Ω, 允許最大電流1 A)G. 滑動變阻器R2(0～2000 Ω, 允許最大電流0.3 A)H. 開關、導線若干(1)實驗時應從上述器材中選用________(填寫儀器前字母代號).
由于電源電動勢為3 V, 則電壓表選D
滑動變阻器要便于調節(jié)，故選F
2. 電阻絲的電阻約為5 Ω, A. 電池組(3 V, 內阻約1 Ω)C. 電流表A2(0～0.6 A, 內阻約0.125 Ω)D. 電壓表V1(0～3 V, 內阻4 kΩ)F. 滑動變阻器R1(0～20 Ω, 允許最大電流1 A)H. 開關、導線若干
(2)測電阻時, 電流表、電壓表、待測電阻Rx在組成測量電路時, 應采用安培表________接法, 將設計的電路圖畫在下側方框內.
(3)若用螺旋測微器測得金屬絲的直徑d的讀數如圖, 則讀數為________mm.
螺旋測微器固定刻度值為0.5 mm, 可動刻度為40.0×0.01 mm, 則讀數為: 0.900 mm.
(4)若用L表示金屬絲的長度, d表示直徑, 測得電阻為R, 請寫出計算金屬絲電阻率的表達式ρ＝________.
(3)若導線的電阻率ρ=5.1×10-7 Ω·m,則表中阻值為3.1 Ω的導線長度l=_______m（結果保留兩位有效數字）。