一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.通過實(shí)驗(yàn)探究得出影響導(dǎo)體電阻的因素.2.掌握測定金屬電阻率的實(shí)驗(yàn)原理.3.掌握螺旋測微器的讀數(shù)方法.二、實(shí)驗(yàn)器材螺旋測微器、毫米刻度尺、電壓表、電流表、開關(guān)及導(dǎo)線、被測金屬絲、電池、滑動(dòng)變阻器.
三、實(shí)驗(yàn)原理1.螺旋測微器的原理及讀數(shù)方法.(1)構(gòu)造及原理.如圖所示,它的測砧A和固定刻度B固定在尺架C上,可動(dòng)刻度E、旋鈕D和微調(diào)旋鈕D′是與測微螺桿F連在一起的,并通過精密螺旋紋套在B上,精密螺紋的螺距是0.5 mm,即旋鈕D每轉(zhuǎn)一周,測微螺桿F前進(jìn)或后退0.5 mm,可動(dòng)刻度分成50等份,每一等份表示0.01 mm.
(2)使用方法.當(dāng)A與F并攏時(shí),可動(dòng)刻度E的零點(diǎn)恰好跟固定刻度B的零點(diǎn)重合,逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)旋鈕D,將測微螺桿F旋出,把被測物體放在A、F之間的夾縫中,再順時(shí)針旋轉(zhuǎn)旋鈕D,F(xiàn)快要接觸被測物時(shí),要停止使用旋鈕D,改用微調(diào)旋鈕D′,直到聽到“咯咯”聲.(3)讀數(shù)方法.L=固定刻度示數(shù)+可動(dòng)刻度示數(shù)(估讀一位)×分度值.注意:①以毫米為單位時(shí),小數(shù)點(diǎn)后面要有三位有效數(shù)字,特別是最后一位估讀數(shù)字為零時(shí),不能省略.②在讀數(shù)時(shí)注意半毫米刻度線是否已露出.
一、實(shí)驗(yàn)步驟1.測直徑:用螺旋測微器在被測金屬絲上三個(gè)不同位置各測一次直徑,并記錄.2.連電路:按實(shí)驗(yàn)原理中的電路圖連接實(shí)驗(yàn)電路.3.量長度:用毫米刻度尺測量接入電路中的被測金屬絲的有效長度,重復(fù)測量3次,并記錄.4.求電阻:把滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭調(diào)節(jié)到使接入電路中的電阻值最大的位置,電路經(jīng)檢查確認(rèn)無誤后,閉合開關(guān)S,改變滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)觸頭的位置,讀出幾組相應(yīng)的電流表、電壓表的示數(shù)I和U的值,記入表格內(nèi),斷開開關(guān)S.5.拆除實(shí)驗(yàn)電路,整理好實(shí)驗(yàn)器材.
二、數(shù)據(jù)處理電阻R的數(shù)值可用以下兩種方法確定:1.計(jì)算法:利用每次測量的U、I值分別計(jì)算出電阻,再求出電阻平均值作為測量結(jié)果.2.圖像法:可建立I-U坐標(biāo)系,將測量的U、I值描點(diǎn)作出圖像,利用圖像的斜率的倒數(shù)來求出電阻值R.三、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1.因一般金屬絲電阻較小,為了減少實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)誤差,必須選擇電流表外接法.2.本實(shí)驗(yàn)若用限流式接法,在接通電源之前應(yīng)將滑動(dòng)變阻器調(diào)到阻值最大狀態(tài).
3.測量I時(shí)應(yīng)測接入電路的金屬絲的有效長度(即兩接線柱之間的長度,且金屬絲伸直);在金屬絲的3個(gè)不同位置上用螺旋測微器測量直徑d.4.電流不宜過大(電流表用0~0.6 A量程),通電時(shí)間不宜太長,以免電阻率因溫度升高而變化.
類型一 實(shí)驗(yàn)器材與操作【典例1】 在“探究電阻與長度、橫截面積的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中,用刻度尺測量金屬絲直徑時(shí)的刻度位置如圖所示,金屬絲的匝數(shù)為39,用米尺測出金屬絲的長度L,金屬絲的電阻大約為5 Ω,先用伏安法測出金屬絲的電阻R,然后用控制變量法探究電阻與導(dǎo)體長度、橫截面積的關(guān)系.
(1)從圖中讀出金屬絲的直徑為   mm.
(2)為此取來兩節(jié)新的干電池、開關(guān)和若干導(dǎo)線及下列器材:A.電壓表0~3 V,內(nèi)阻約10 kΩ;B.電壓表0~15 V,內(nèi)阻約50 kΩ;C.電流表0~0.6 A,內(nèi)阻約0.05 Ω;D.電流表0~3 A,內(nèi)阻約0.01 Ω;E.滑動(dòng)變阻器,0~10 Ω;F.滑動(dòng)變阻器,0~100 Ω.①要求較準(zhǔn)確地測出其阻值,電壓表應(yīng)選      ,電流表應(yīng)選      ,滑動(dòng)變阻器應(yīng)選     .(均選填器材的字母代號(hào))
②實(shí)驗(yàn)中某同學(xué)的實(shí)物接線如圖所示,請指出該同學(xué)實(shí)物接線中的兩處明顯錯(cuò)誤.
錯(cuò)誤a:___________________________________________________;錯(cuò)誤b:____________________________________________________.
類型二 儀器讀數(shù)及數(shù)據(jù)處理【典例2】 在“測定金屬的電阻率”實(shí)驗(yàn)中,所用測量儀器均已校準(zhǔn),待測金屬絲接入電路部分的長度約為50 cm.
(1)用螺旋測微器測量金屬絲的直徑,其中某一測量結(jié)果如圖所示,其讀數(shù)應(yīng)為    mm(該值接近多次測量的平均值).
(2)用伏安法測金屬絲的是阻Rx,實(shí)驗(yàn)所用器材為電池組(電動(dòng)電壓3 V,內(nèi)阻不計(jì))、電流表(內(nèi)阻約0.1 Ω)、電壓表(內(nèi)阻約3 kΩ)、滑動(dòng)變阻器R(0~20 Ω,額定電流2 A)、開關(guān)、導(dǎo)線若干.某小組同學(xué)利用以上器材正確連接好電路,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測量,記錄數(shù)據(jù)如下:
由以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知,他們測量Rx是采用下圖中的圖  ?。ㄟx填“甲”或“乙”).
(3)測量Rx的實(shí)驗(yàn)器材實(shí)物圖如圖所示,圖中已連接了部分導(dǎo)線,滑動(dòng)變阻器的滑片P置于變阻器的一端,請根據(jù)(2)所選的電路圖,補(bǔ)充完成圖中實(shí)物間的連線,并使閉合開關(guān)的瞬間,電壓表或電流表不至于被燒壞.
(4)這個(gè)小組的同學(xué)在坐標(biāo)紙上建立U、I坐標(biāo)系,如圖所示,圖中已標(biāo)出了與測量數(shù)據(jù)對應(yīng)的4個(gè)坐標(biāo)點(diǎn),請?jiān)趫D中標(biāo)出第2、4、6次測量數(shù)據(jù)的坐標(biāo)點(diǎn),并描繪出U-I圖線.由圖線得到金屬絲的阻值,Rx=         Ω(保留兩位有效數(shù)字).
(5)根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以估算出金屬絲電阻率約為    .A.1×10-2 Ω·m   B.1×10-3 Ω·mC.1×10-6 Ω·m D.1×10-8 Ω·m
(6)任何實(shí)驗(yàn)測量都存在誤差,本實(shí)驗(yàn)所用測量儀器均已校準(zhǔn),下列關(guān)于誤差的說法中正確的是      .A.用螺旋測微器測量金屬絲直徑時(shí),由讀數(shù)引起的誤差屬于系統(tǒng)誤差B.由電流表和電壓表內(nèi)阻引起的誤差屬于偶然誤差C.若將電將表和電壓表的內(nèi)阻計(jì)算在內(nèi),可以消除由測量儀表引起的系統(tǒng)誤差D.若U-I圖像處理數(shù)據(jù)求金屬絲電阻可以減小偶然誤差
解析:(1)螺旋測微器的讀數(shù)為0 mm+39.8×0.01 mm=0.398 mm.(2)由實(shí)驗(yàn)記錄的數(shù)據(jù)可知Rx的阻值大約為5 Ω.由題知Rx?RV,故電流表 外接.若滑動(dòng)變阻器接為限流式接法,電路中最小電流值Imin=
(4)圖線應(yīng)過原點(diǎn),選盡可能多的點(diǎn)連成一條直線,不在直線上的點(diǎn)均勻分布在直線兩側(cè),明顯偏離的點(diǎn)應(yīng)舍去,如圖(b)所示.
(6)系統(tǒng)誤差是由儀器的某些不完善或?qū)嶒?yàn)方法不夠完善等產(chǎn)生的,其測量結(jié)果總是偏大或偏??;偶然誤差具有隨機(jī)性,可以通過多次測量取平均值來減小偶然誤差.
答案:(1)0.398(0.396~0.399均正確)?。?)甲(3)圖見解析 (4)圖見解析 4.5(4.3~4.7均正確)?。?)C?。?)CD
類型三 實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新應(yīng)用【典例3】 我國科學(xué)院物理研究所研制出一種具有聚合物塑料與金屬特點(diǎn)于一身的新材料,它被命名為金屬塑料.某中學(xué)高二年級(jí)小明同學(xué)需要探究由此新材料制成的圓柱體的電阻.他在學(xué)校物理實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了探究,步驟如下:(1)用游標(biāo)為20分度的卡尺測量其長度如圖,由圖甲可知其長度為     cm.(2)用螺旋測微器測量直徑,由圖乙可知其直徑為     mm.
(3)該同學(xué)想用伏安法精確地測其電阻R,現(xiàn)有的器材及其代號(hào)和規(guī)格如下:待測圓柱體電阻Rx約為200 Ω.A.電流表A1(量程0~4 mA,內(nèi)阻約50 Ω);B.電流表A2(量程0~20 mA,內(nèi)阻約30 Ω);C.電壓表V1(量程0~4 V,內(nèi)阻約10 kΩ);D.電壓表V2(量程0~15 V,內(nèi)阻約25 kΩ);E.直流電源E(電動(dòng)勢4 V,內(nèi)阻不計(jì));F.滑動(dòng)變阻器R1(阻值范圍0~15 Ω,允許通過的最大電流2.0 A);G.滑動(dòng)變阻器R2(阻值范圍0~2 kΩ,允許通過的最大電流0.5 A);H.開關(guān);S.導(dǎo)線若干.實(shí)驗(yàn)中應(yīng)選擇的儀器是    ?。ㄟx填器材的字母代號(hào)).
(4)若該同學(xué)用伏安法測得到的結(jié)果與R的估計(jì)值幾乎相等,由此可估算此圓柱體材料的電阻率約為ρ=     Ω·m(保留兩位有效數(shù)字).

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第三節(jié) 測量金屬絲的電阻率

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