第二章 8 閉合電路的歐姆定律 實(shí)驗(yàn)：測(cè)定金屬的電阻率-人教版高中物理選修3-1講義

實(shí)驗(yàn)：測(cè)定金屬的電阻率一、螺旋測(cè)微器的讀數(shù)原理1.構(gòu)造及原理如圖所示，它的測(cè)砧A和固定刻度B固定在尺架C上，可動(dòng)刻度E、旋鈕D、微調(diào)旋鈕D′是與測(cè)微螺桿F連在一起的，并通過(guò)精密螺紋套在B上，精密螺紋的螺距是0.5mm，即旋鈕D每轉(zhuǎn)一周，測(cè)微螺桿F前進(jìn)或后退0.5mm，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(cè)微螺桿F旋出，把被測(cè)物體放入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(cè)物時(shí)，要停止使用旋鈕D，改用微調(diào)旋鈕D′，直到聽(tīng)到“咔、咔”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.二、測(cè)定金屬的電阻率1.實(shí)驗(yàn)原理(1)把金屬絲接入電路中，用伏安法測(cè)金屬絲的電阻R(R＝eq\f(U,I)).電路原理圖如圖所示.(2)用毫米刻度尺測(cè)出金屬絲的長(zhǎng)度l，用螺旋測(cè)微器測(cè)出金屬絲的直徑d，算出橫截面積S(S＝eq\f(πd2,4)).(3)由電阻定律R＝ρeq\f(l,S)，得ρ＝eq\f(RS,l)＝eq\f(πd2R,4l)＝eq\f(πd2U,4lI)，求出電阻率.2.實(shí)驗(yàn)器材螺旋測(cè)微器、毫米刻度尺、電壓表、電流表、定值電阻、開(kāi)關(guān)及導(dǎo)線、被測(cè)金屬導(dǎo)線、電池、滑動(dòng)變阻器.3.實(shí)驗(yàn)步驟(1)測(cè)直徑：用螺旋測(cè)微器在被測(cè)金屬導(dǎo)線上三個(gè)不同位置各測(cè)一次直徑，并記錄.(2)連電路：按如圖2所示的電路圖連接實(shí)驗(yàn)電路.(3)量長(zhǎng)度：用毫米刻度尺測(cè)量接入電路中的被測(cè)金屬導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度，重復(fù)測(cè)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(wú)誤后，閉合開(kāi)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(kāi)開(kāi)關(guān)S.(5)拆除實(shí)驗(yàn)電路，整理好實(shí)驗(yàn)器材.4.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(cè)量的U、I值分別計(jì)算出電阻，再求出電阻的平均值作為測(cè)量結(jié)果.(2)圖象法：可建立I－U坐標(biāo)系，將測(cè)量的U、I值描點(diǎn)作出圖象，利用圖象的斜率來(lái)求出電阻值R.5.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(cè)量l時(shí)應(yīng)測(cè)接入電路的金屬絲的有效長(zhǎng)度(即兩接線柱之間的長(zhǎng)度)；在金屬絲的3個(gè)不同位置上用螺旋測(cè)微器測(cè)量直徑d.(4)電流不宜過(guò)大(電流表用0～0.6A量程)，通電時(shí)間不宜太長(zhǎng)，以免電阻率因溫度升高而變化.1在“探究電阻與長(zhǎng)度、橫截面積的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，用刻度尺測(cè)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36，用米尺測(cè)出金屬絲的長(zhǎng)度L，金屬絲的電阻大約為5Ω，先用伏安法測(cè)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(zhǎng)度、橫截面積的關(guān)系.(1)從圖中讀出金屬絲的直徑為_(kāi)_______mm.(2)為此取來(lái)兩節(jié)新的干電池、開(kāi)關(guān)和若干導(dǎo)線及下列器材：A.電壓表0～3V，內(nèi)阻約10kΩB.電壓表0～15V，內(nèi)阻約50kΩC.電流表0～0.6A，內(nèi)阻約0.05ΩD.電流表0～3A，內(nèi)阻約0.01ΩE.滑動(dòng)變阻器，0～10ΩF.滑動(dòng)變阻器，0～100Ω①要求較準(zhǔn)確地測(cè)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________.(填序號(hào))②實(shí)驗(yàn)中某同學(xué)的實(shí)物接線如圖所示，請(qǐng)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：___________________________.2在“測(cè)定金屬的電阻率”的實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)出其長(zhǎng)度L、直徑d和電阻R.(1)用螺旋測(cè)微器測(cè)金屬絲直徑時(shí)讀數(shù)如圖甲，則金屬絲的直徑為_(kāi)_______mm.(2)若用圖乙測(cè)金屬絲的電阻，則測(cè)量結(jié)果將比真實(shí)值________.(填“偏大”或“偏小”)(3)用電壓表和電流表測(cè)金屬絲的電壓和電流時(shí)讀數(shù)如圖所示，則電壓表的讀數(shù)為_(kāi)_______V，電流表的讀數(shù)為_(kāi)_______A.3某同學(xué)在一次“測(cè)定金屬的電阻率”的實(shí)驗(yàn)中，用米尺測(cè)出接入電路部分的金屬絲長(zhǎng)度為l＝0.720m，用螺旋測(cè)微器測(cè)出金屬絲直徑(刻度位置如圖所示)，用伏安法測(cè)出金屬絲的電阻(阻值大約為5Ω)，然后計(jì)算出該金屬材料的電阻率.在用伏安法測(cè)定金屬絲的電阻時(shí)，除被測(cè)金屬絲外，還有如下實(shí)驗(yàn)器材：A.直流電源(輸出電壓為3V)；B.電流表A(量程0～0.6A，內(nèi)阻約0.125Ω)；C.電壓表V(量程0～3V，內(nèi)阻3kΩ)；D.滑動(dòng)變阻器(最大阻值20Ω)；E.開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線等.(1)從圖中讀出金屬絲的直徑為_(kāi)_______mm.(2)根據(jù)所提供的器材，在虛線框中畫(huà)出實(shí)驗(yàn)電路圖.(3)若根據(jù)伏安法測(cè)出金屬絲的阻值為Rx＝4.0Ω，則這種金屬材料的電阻率為_(kāi)___________Ω·m(保留兩位有效數(shù)字).4在“測(cè)定金屬的電阻率”的實(shí)驗(yàn)中，待測(cè)金屬絲的電阻Rx約為5Ω，實(shí)驗(yàn)室備有下列實(shí)驗(yàn)器材：A.電壓表(量程0～3V，內(nèi)阻約為15kΩ)；B.電壓表(量程0～15V，內(nèi)阻約為75kΩ)；C.電流表(量程0～3A，內(nèi)阻約為0.2Ω)；D.電流表(量程0～0.6A，內(nèi)阻約為1Ω)；E.變阻器R1(0～100Ω，0.6A)；F.變阻器R2(0～2000Ω，0.1A)；G.電池組E(電動(dòng)勢(shì)為3V)；H.開(kāi)關(guān)S，導(dǎo)線若干.(1)為減小實(shí)驗(yàn)誤差，應(yīng)選用的實(shí)驗(yàn)器材有________(填器材前面的序號(hào)).(2)為減小實(shí)驗(yàn)誤差，應(yīng)選用如圖中________(選填“甲”或“乙”)為該實(shí)驗(yàn)的電路原理圖，并按所選擇的電路原理圖把如圖中的實(shí)物圖用線連接起來(lái).(3)若用毫米刻度尺測(cè)得金屬絲長(zhǎng)度為60.00cm，用螺旋測(cè)微器測(cè)得金屬絲的直徑及兩電表的示數(shù)如圖所示，則金屬絲的直徑為_(kāi)_________mm，電阻值為_(kāi)_________Ω.5現(xiàn)在要測(cè)量一段電阻絲的電阻率ρ，其阻值Rx約為0.5Ω，允許通過(guò)的最大電流為0.5A.現(xiàn)有如下器材可供選擇：電流表A(量程0.6A，內(nèi)阻約為0.6Ω)電壓表V(量程3V，內(nèi)阻約為3kΩ)待測(cè)電阻絲Rx(阻值約為0.5Ω)標(biāo)準(zhǔn)電阻R0(阻值5Ω)滑動(dòng)變阻器R1(5Ω，2A)滑動(dòng)變阻器R2(200Ω，1.5A)直流電源E(E＝6V，內(nèi)阻不計(jì))開(kāi)關(guān)S、導(dǎo)線若干(1)圖為四位同學(xué)分別設(shè)計(jì)的測(cè)量電路的一部分，你認(rèn)為合理的是________；(2)實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器應(yīng)該選擇________(選填“R1”或“R2”)，并采用________接法；(3)根據(jù)你在(1)(2)中的選擇，在圖甲上完成實(shí)驗(yàn)電路的連接；(4)實(shí)驗(yàn)中，如果兩電表的讀數(shù)分別為U和I，測(cè)得拉直后電阻絲的長(zhǎng)度為L(zhǎng)、直徑為D，則待測(cè)電阻絲的電阻率ρ的計(jì)算式為ρ＝________；(5)用螺旋測(cè)微器測(cè)量待測(cè)電阻絲的直徑時(shí)讀數(shù)如圖乙所示，則該電阻絲的直徑D＝________.

實(shí)驗(yàn)：測(cè)定金屬的電阻率1答案(1)0.703(2)①ACE②錯(cuò)誤a：導(dǎo)線連接在滑動(dòng)變阻器的滑片上錯(cuò)誤b：采用了電流表內(nèi)接法解析(1)從圖中可讀出緊密繞制的金屬絲的寬度為2.53cm，故直徑為eq\f(2.53cm,36)≈0.0703cm＝0.703mm(0.701mm～0.705mm均可).(2)①因?yàn)閮晒?jié)干電池的電動(dòng)勢(shì)是3V，用3V量程的電壓表A；因?yàn)榻饘俳z的電阻大約為5Ω，如果把3V的電動(dòng)勢(shì)全加在金屬絲上，電流才是0.6A，因此用量程是0.6A的電流表C；此題中金屬絲的電阻大約為5Ω，為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，應(yīng)選10Ω的滑動(dòng)變阻器E.2答案(1)0.697(0.696,0.698也對(duì))(2)偏小(3)2.600.52解析(1)螺旋測(cè)微器的讀數(shù)為(0＋0.5＋0.01×19.7)mm＝0.697mm.(0.696mm,0.698mm也對(duì))(2)題圖乙中電流表采用外接法，故測(cè)量值偏小.(3)電壓表精度為0.1V，其讀數(shù)為2.60V；電流表精度為0.02A，其讀數(shù)應(yīng)為0.52A.3答案(1)0.600(2)如圖所示(3)1.6×10－6解析(3)由R＝ρeq\f(l,S)得ρ＝eq\f(RS,l)＝eq\f(πRxd2,4l)，將Rx＝4.0Ω、l＝0.720m、d＝0.600mm＝0.600×10－3m代入得ρ≈1.6×10－6Ω·m.4答案(1)ADEGH(2)乙見(jiàn)解析圖(3)0.637(0.636～0.638均可)2.4解析(1)由于電源的電動(dòng)勢(shì)為3V，所以電壓表應(yīng)選A；被測(cè)電阻約為5Ω，電路中的最大電流約為I＝eq\f(E,Rx)＝eq\f(3,5)A＝0.6A，電流表應(yīng)選D；根據(jù)變阻器允許通過(guò)的最大電流可知，變阻器應(yīng)選E；還要選用電池和開(kāi)關(guān)，導(dǎo)線若干.故應(yīng)選用的實(shí)驗(yàn)器材有A、D、E、G、H.(2)由于eq\f(RV,Rx)>eq\f(Rx,RA)，應(yīng)采用電流表外接法，應(yīng)選圖乙所示電路，實(shí)物連接如圖所示.(3)從螺旋測(cè)微器可以讀出金屬絲的直徑為0.637mm，從電壓表可以讀出電阻兩端電壓為1.20V，從電流表可以讀出流過(guò)電阻的電流為0.50A，被測(cè)金屬絲的阻值為Rx＝eq\f(Ux,Ix)＝eq\f(1.20,0.50)Ω＝2.4Ω.5答案(1)C(2)R1分壓(3)見(jiàn)解析圖(4)eq\f(πD2,4L)(eq\f(U,I)－R0)(5)1.205(±0.002)mm解析(1)電阻Rx兩端的最大電壓U＝IRx＝0.25V，約為電壓表量程的eq\f(1,10)，需要在待測(cè)電阻Rx兩端串聯(lián)分壓電阻，即串聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)電阻R0，此時(shí)R0＋Rx＜eq\r(RARV)，電流表采用外接法，選項(xiàng)C正確.(2)滑動(dòng)變阻器若選用R2并采用限流接法，