第十章實(shí)驗(yàn)十導(dǎo)體電阻率的測(cè)量-1

實(shí)驗(yàn)十導(dǎo)體電阻率的測(cè)量目標(biāo)要求1.熟悉“金屬絲電阻率的測(cè)量”的基本原理及注意事項(xiàng).2.掌握測(cè)電阻率的電路圖及誤差分析．實(shí)驗(yàn)技能儲(chǔ)備1.實(shí)驗(yàn)原理(如圖所示)由R＝ρeq\f(l,S)得ρ＝eq\f(RS,l)＝eq\f(πd2R,4l)，因此，只要測(cè)出金屬絲的________、________和金屬絲的電阻R，即可求出金屬絲的電阻率ρ.2．實(shí)驗(yàn)器材被測(cè)金屬絲，直流電源(4V)，電流表(0～0.6A)，電壓表(0～3V)，滑動(dòng)變阻器(0～50Ω)，開(kāi)關(guān)，導(dǎo)線若干，__________________，毫米刻度尺．3．實(shí)驗(yàn)過(guò)程(1)用螺旋測(cè)微器在被測(cè)金屬絲上的三個(gè)不同位置各測(cè)一次直徑，求出其平均值d.(2)連接好用伏安法測(cè)電阻的實(shí)驗(yàn)電路．(3)用毫米刻度尺測(cè)量接入電路中的被測(cè)金屬絲的有效長(zhǎng)度，反復(fù)測(cè)量多次，求出其平均值l.(4)把滑動(dòng)變阻器的滑片調(diào)到最________(填“左”或“右”)端．(5)閉合開(kāi)關(guān)，改變滑動(dòng)變阻器滑片的位置，讀出幾組相應(yīng)的電流表、電壓表的示數(shù)I和U的值，填入記錄表格內(nèi)．(6)將測(cè)得的R、l、d值，代入公式ρ＝eq\f(πd2R,4l)中，計(jì)算出金屬絲的電阻率．4．求R的平均值時(shí)可用兩種方法(1)用R＝eq\f(U,I)分別算出各次的數(shù)值，再取平均值．(2)用U－I圖線的斜率求出．5．注意事項(xiàng)(1)本實(shí)驗(yàn)中被測(cè)金屬絲的電阻值較小，因此實(shí)驗(yàn)電路一般采用電流表________法．(2)測(cè)量被測(cè)金屬絲的有效長(zhǎng)度，是指測(cè)量被測(cè)金屬絲接入電路的兩個(gè)端點(diǎn)之間的長(zhǎng)度，亦即電壓表兩端點(diǎn)間的被測(cè)金屬絲長(zhǎng)度，測(cè)量時(shí)應(yīng)將金屬絲拉直，反復(fù)測(cè)量多次，求其平均值．(3)測(cè)金屬絲直徑一定要選三個(gè)不同部位進(jìn)行測(cè)量，求其平均值．(4)在用伏安法測(cè)電阻時(shí)，通過(guò)被測(cè)金屬絲的電流不宜過(guò)大(電流表用0～0.6A量程)，通電時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，以免金屬絲的溫度明顯升高，造成其電阻率在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中逐漸增大．(5)若采用圖像法求電阻阻值的平均值，在描點(diǎn)時(shí)，要盡量使各點(diǎn)間的距離拉大一些，連線要盡可能地通過(guò)較多的點(diǎn)，不在直線上的點(diǎn)均勻分布在直線的兩側(cè)，個(gè)別明顯偏離較遠(yuǎn)的點(diǎn)應(yīng)舍去．6．誤差分析(1)金屬絲直徑、長(zhǎng)度的測(cè)量、讀數(shù)等人為因素帶來(lái)誤差．(2)測(cè)量電路中電流表及電壓表對(duì)電阻測(cè)量的影響，因?yàn)殡娏鞅硗饨樱訰測(cè)<R真，由R＝ρeq\f(l,S)，知ρ測(cè)<ρ真．(3)通電電流過(guò)大、時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，致使金屬絲發(fā)熱，電阻率隨之變化帶來(lái)誤差．考點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)例1在“金屬絲電阻率的測(cè)量”實(shí)驗(yàn)中，所用測(cè)量?jī)x器均已校準(zhǔn)，待測(cè)金屬絲接入電路部分的長(zhǎng)度約為50cm.(1)用螺旋測(cè)微器測(cè)量金屬絲的直徑，其中某一次測(cè)量結(jié)果如圖甲所示，其讀數(shù)應(yīng)為_(kāi)_______mm.(該值接近多次測(cè)量的平均值)(2)用伏安法測(cè)金屬絲的電阻Rx，實(shí)驗(yàn)所用器材為：電池組(電動(dòng)勢(shì)為3V，內(nèi)阻約為1Ω)、電流表(內(nèi)阻約為0.1Ω)、電壓表(內(nèi)阻約為3kΩ)、滑動(dòng)變阻器R(0～20Ω，額定電流為2A)、開(kāi)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(cè)量，記錄數(shù)據(jù)如下：次數(shù)1234567U/V0.100.300.701.001.501.702.30I/A0.0200.0600.1600.2200.3400.4600.520由以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，他們測(cè)量Rx是采用圖中的________(選填“乙”或“丙”)圖．(3)圖丁是測(cè)量Rx的實(shí)物圖，圖丁中已連接了部分導(dǎo)線．請(qǐng)根據(jù)(2)中所選的電路圖，補(bǔ)充完整圖中實(shí)物間的連線．(4)這個(gè)小組的同學(xué)在坐標(biāo)紙上建立U－I坐標(biāo)系，如圖戊所示，圖中已標(biāo)出了與測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的4個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)．請(qǐng)?jiān)趫D中標(biāo)出第2、4、6次測(cè)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)可以算出金屬絲電阻率約為_(kāi)_______(填選項(xiàng)前的字母)．A．1×10－2Ω·m B．1×10－3Ω·mC．1×10－6Ω·m D．1×10－8Ω·m(6)任何實(shí)驗(yàn)測(cè)量都存在誤差，本實(shí)驗(yàn)所用測(cè)量?jī)x器均已校準(zhǔn)．下列關(guān)于誤差的說(shuō)法中正確的是________(填選項(xiàng)前的字母)．A．用螺旋測(cè)微器測(cè)量金屬絲直徑時(shí)，由于讀數(shù)引起的誤差屬于系統(tǒng)誤差B．由于電流表和電壓表內(nèi)阻引起的誤差屬于偶然誤差C．若將電流表和電壓表的內(nèi)阻計(jì)算在內(nèi)，可以消除由測(cè)量?jī)x表引起的系統(tǒng)誤差D．用U－I圖像處理數(shù)據(jù)求金屬絲電阻可以減小偶然誤差例2(2023·江蘇蘇州市模擬)某實(shí)驗(yàn)小組為了測(cè)量金屬絲的電阻率，用螺旋測(cè)微器測(cè)量金屬絲的直徑，用米尺測(cè)量金屬絲的長(zhǎng)度，用伏安法測(cè)出金屬絲的電阻Rx，然后根據(jù)電阻定律計(jì)算出該金屬材料的電阻率．(1)測(cè)量時(shí)螺旋測(cè)微器如圖甲所示，金屬絲的直徑為_(kāi)_______mm.(2)現(xiàn)有電動(dòng)勢(shì)為3V的電源、開(kāi)關(guān)和若干導(dǎo)線及下列器材：A．電壓表V(量程3V，內(nèi)阻約10kΩ)B．電流表A(量程0.6A，內(nèi)阻約2Ω)C．滑動(dòng)變阻器R1(最大阻值為10Ω)D．滑動(dòng)變阻器R2(最大阻值為100Ω)①用多用電表粗測(cè)金屬絲的電阻大約為5Ω，要求較準(zhǔn)確地測(cè)出其阻值，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選________(填“R1”或“R2”)②實(shí)驗(yàn)中該小組實(shí)物接線如圖乙所示，閉合開(kāi)關(guān)前檢查電路，請(qǐng)指出其明顯錯(cuò)誤或不合理的地方：________________________________________________________________________.(3)不論使用電流表內(nèi)接法還是電流表外接法，都會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)誤差，某小組按如圖丙所示的電路進(jìn)行測(cè)量，可以消除由于電表內(nèi)阻造成的系統(tǒng)誤差．利用該電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的主要操作過(guò)程是：第一步：先將R2的滑片調(diào)到最左端，單刀雙擲開(kāi)關(guān)S2向1閉合，閉合開(kāi)關(guān)S1，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R1和R2，使電壓表和電流表的示數(shù)盡量大些(不超過(guò)量程)，讀出此時(shí)電壓表和電流表的示數(shù)U1、I1.第二步：保持兩滑動(dòng)變阻器的滑片位置不變，將單刀雙擲開(kāi)關(guān)S2向2閉合，讀出此時(shí)電壓表和電流表的示數(shù)U2、I2.由以上數(shù)據(jù)可計(jì)算出被測(cè)電阻Rx＝________.考點(diǎn)二探索創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)例3(2022·浙江1月選考·18)小明同學(xué)根據(jù)圖(a)的電路連接器材來(lái)“探究導(dǎo)體電阻與其影響因素的定量關(guān)系”．實(shí)驗(yàn)時(shí)多次改變合金絲甲接入電路的長(zhǎng)度l、調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的阻值，使電流表的讀數(shù)I達(dá)到某一相同值時(shí)記錄電壓表的示數(shù)U，從而得到多個(gè)eq\f(U,I)的值，作出eq\f(U,I)－l圖像，如圖(b)中圖線a所示．(1)在實(shí)驗(yàn)中使用的是__________(選填“0～20Ω”或“0～200Ω”)的滑動(dòng)變阻器．(2)在某次測(cè)量時(shí)，電壓表的指針位置如圖(c)所示，量程為3V，則讀數(shù)U＝________V.(3)已知合金絲甲的橫截面積為7.0×10－8m2，則合金絲甲的電阻率為_(kāi)_______Ω·m(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)．(4)圖(b)中圖線b是另一根長(zhǎng)度相同、材料相同的合金絲乙與合金絲甲并聯(lián)后采用同樣的方法獲得的eq\f(U,I)－l圖像，由圖可知合金絲甲的橫截面積________(選填“大于”、“等于”或“小于”)合金絲乙的橫截面積．例4(2023·江蘇蘇州市模擬)某些固體材料受到外力后除了產(chǎn)生形變．其電阻率也要發(fā)生變化．這種由于外力的作用而使材料電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為壓阻效應(yīng)．現(xiàn)用如圖所示的電路研究某長(zhǎng)薄板電阻Rx的壓阻效應(yīng)．已知Rx的阻值變化范圍為幾歐到幾十歐．實(shí)驗(yàn)室中有下列器材：A．電源E(3V，內(nèi)阻約為1Ω)B．電流表A1(0.6A，內(nèi)阻r＝5Ω)C．電流表A2(0.6A，內(nèi)阻約為1Ω)D．開(kāi)關(guān)S，定值電