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1、实验目的1.学会使用各种常用电学仪器以及正确读数。2.学会使用螺旋测微器以及正确读数。3.学会用伏安法测量电阻的阻值,测定金属的电阻率。实验原理用毫米刻度尺测一段金属丝导线的长度L,用螺旋测微器测导线的直径d,用伏安法测导线的电阻R,由R=LS,得=RSL=d2R4L。实验器材被测金属丝、刻度尺、螺旋测微器、电压表、电流表、直流电源、开关、滑动变阻器和导线若干。实验步骤1.用螺旋测微器在导线的三个不同位置上各测一次,取直径d的平均值,然后计算出导线的横截面积S。2.将金属丝两端固定在接线柱上悬空挂直,用毫米刻度尺测量接入电路的金属丝长度(有效长度),反复测量三次,求出平均值L。3.按照图示的电
2、路图用导线把器材连好,并把滑动变阻器的阻值调至最大值。4.电路经检查无误后,闭合开关S,改变滑动变阻器滑片的位置,读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U,并记录在表格内,断开开关S,求出电阻R的平均值。5.将测得的R、L、d的值代入电阻率计算式=RSL=d2R4L中,计算出金属丝的电阻率。6.改变L的长度三次,重复步骤25,计算电阻率的平均值。7.整理好实验器材,实验结束。数据处理1.求Rx的平均值(1)用Rx=UI分别算出各次的数值,取其平均值。(2)用U-I图象的斜率求出。2.计算电阻率将记录的数据U、I、L、d的值代入电阻率计算式=RSd=d2U4IL。1.(2018广东揭阳10月考试
3、)在“测定金属丝的电阻率”实验中,以下操作中错误的是()。A.用刻度尺测量金属丝的全长三次,算出其平均值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.实验中保持金属丝的温度不变解析应测量出金属丝连入电路的有效长度三次,求平均值,而不是全长,A项错误;为了减小实验误差,应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,B项正确;金属丝电阻很小,与电压表内阻相差很大,使电压表和金属丝并联,电压表的分流作用很小,应采用电流表外接法,C项正确;金属丝的电阻率随温度的改变而改变,为保持电阻率不变,应保持温度不变
4、,D项正确。答案A2.(2018陕西西安五校联考)测量铅笔芯的电阻率,取一支4B铅笔,去掉两端笔芯外木质部分,不损伤笔芯,如图乙所示安放在接线支座上。(1)用刻度尺量得笔芯长度L=20.0 cm,螺旋测微器测量笔芯的直径如图甲所示,则笔芯的直径d=mm。甲 (2)若待测电阻为几欧姆,乙同学采用实验室提供的下列器材测定铅笔芯电阻。A.待测笔芯B.电流表(量程分别为00.6 A、03 A,内阻分别为1 、0.5 )C.电压表(量程分别为03 V、015 V,内阻分别为6 k、30 k)D.滑动变阻器(阻值范围为010 )E.电源(3 V)F.开关、导线若干请根据实验要求在图乙中用笔画线代替导线(只
5、配有两根导线)完成实物电路连接。乙(3)实验测量过程中某次电压表、电流表指针偏转如图丙所示,则电压表示数U=V,电流表示数I=A,计算得到铅笔芯电阻R=(结果保留2位有效数字)。丙解析(1)由图甲螺旋测微器的示数可知,笔芯的直径为1mm+20.00.01mm=1.200mm。(2)由题意可知,待测电阻阻值很小,为几欧姆,小于滑动变阻器最大阻值,滑动变阻器可以采用限流式接法,电压表内阻远大于待测电阻阻值,电流表采用外接法,实物电路图如图丁所示。丁(3)由电路图可知,电压表量程是3V,由图示电压表可知,其分度值为0.1V,示数为1.80V,电流表量程为0.6A,分度值为0.02A,示数为0.36A
6、,待测电阻阻值R=UI=5.0。答案(1)1.200(2)实物电路图如图丁所示(3)1.800.365.0见自学听讲P152一教材原型实验例1(1)在“测定金属丝的电阻率”的实验中,先用螺旋测微器测出金属丝的直径,测量示数如图甲所示,则金属丝的直径d=mm。(2)待测金属丝的电阻Rx只有几欧姆,现要尽可能准确地测量其阻值,实验室提供了下列器材:A.电压表(量程为03 V,内阻约为15 k)B.电压表(量程为015 V,内阻约为75 k)C.电流表(量程为03 A,内阻约为0.2 )D.电流表(量程为0600 mA,内阻为1 )E.滑动变阻器R(020 )F.电源(两节干电池)G.开关和导线若干
7、电压表应选;电流表应选。(填仪器前的字母序号)某同学设计了两种测量电路。应选用图乙中的(选填“a”或“b”)为实验电路图,实验开始前,应将滑动变阻器的滑片移至最(选填“左”或“右”)端。按你所选择的电路图把图丙中的实物图用导线连接起来。解析(1)由图甲螺旋测微器可知,其读数为2.5mm+10.00.01mm=2.600mm。(2)电源电动势为3V,则电压表选A项;电源电动势为3V,金属丝电阻为几欧姆,电路中最大电流为零点几安培,则电流表选D项。电压表内阻约为15k,电流表内阻为1,金属丝电阻为几欧姆,则电压表内阻远大于待测金属丝电阻,电流表应选择外接法,但由于电流表内阻已知,为准确测量电阻阻值
8、,即采用内接法,所以采用图a所示电路。为保护电路,实验开始前,应将滑动变阻器的滑片移至最左端。根据图a所示电路图连接实物电路图,实物电路图连接如图丁所示。答案(1)2.600(2)ADa左如图丁所示实验中的注意事项(1)本实验中被测金属丝的电阻值较小,因此实验电路一般采用电流表外接法。(2)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、被测金属丝、滑动变阻器连成主干线路(闭合电路),然后把电压表并联在被测金属丝的两端。(3)测量被测金属丝的有效长度,是指测量被测金属丝接入电路的两个端点之间的长度,即电压表两端点间的被测金属丝长度,测量时应将金属丝拉直,反复测量三次,求其平均值。(
9、4)测金属丝直径一定要选三个不同部位进行测量,求其平均值。(5)闭合开关S前,一定要使滑动变阻器的滑片处在有效电阻值最大的位置。(6)用伏安法测电阻时,通过被测金属丝的电流I不宜过大(电流表用00.6A量程),通电时间不宜过长,以免金属丝的温度明显升高,造成其电阻率在实验过程中逐渐增大。(7)若采用图象法求R的平均值,在描点时,要尽量使各点间的距离拉大一些,连线时要尽可能地让不在直线上的各点均匀分布在直线的两侧,个别明显偏离较远的点可以不予考虑。二设计型实验本实验重点还是电阻的测量,一般而言金属的电阻较小,因此要测量小电阻。测量小电阻的方法有伏安法中的外接法,电流半偏法,替代法等。每种方法都要
10、有标志性的器材,伏安法必须有合适量程的电流表、电压表,电流半偏法要有电阻箱、灵敏电流计,而替代法则要有单刀双掷开关等。例2在“测量金属的电阻率”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所示,用米尺测得金属丝的长度l=0.810 m。金属丝的电阻大约为4 ,先用伏安法测出金属丝的电阻,然后根据电阻定律计算出该金属材料的电阻率。甲(1)从图甲读出金属丝的直径为mm。(2)在用伏安法测定金属丝的电阻时,除被测电阻丝外,还有如下供选择的实验器材。A.直流电源:电动势约为4.5 V,内阻很小B.电流表:量程为00.6 A,内阻为0.125 C.电流表:量程为03.0 A,内阻为0.025 D
11、.电压表:量程为03 V,内阻为3 kE.滑动变阻器R1:最大阻值为10 F.滑动变阻器R2:最大阻值为50 G.开关、导线等在可供选择的器材中,应该选用的电流表是,应该选用的滑动变阻器是。(都填器材前的字母序号)(3)根据所选的器材,在图乙所示方框中画出实验电路图。乙(4)若根据伏安法测出电阻丝的电阻Rx=4.1 ,则这种金属材料的电阻率为m(结果保留2位有效数字)。解析(1)金属丝的直径d=0.5mm+2.00.01mm=0.520mm。(2)用伏安法测定金属丝的电阻时的电流不能太大,否则随着温度升高金属丝的电阻会增大,导致测量结果不准,故应选电流表,由闭合电路欧姆定律及电流表示数要求应满
12、足13IAER+r23IA,11.25R22.5,所以若滑动变阻器采用限流式接法,变阻器阻值范围是7.25R变18.25,可见应选用滑动变阻器R1,金属丝电阻很小,电流表应采用外接法。(3)实验电路图如图丙所示。丙(4)根据电阻定律R=LS,其中S=14d2,d2R4L,代入数据求得电阻率1.110-6m。答案(1)0.520(2)BE(3)实验电路图如图丙所示(4)1.110-6三实验拓展与创新1.实验原理用电阻箱替代待测电阻,按图示连接好电路,调节电阻箱,使两次电流表示数相等,则电阻箱的示数就等于待测电阻的阻值。2.本方案的优缺点(1)优点:电路结构简单,调节方便,便于读数,同时可以避免因
13、电表的内阻产生系统误差。(2)缺点:由于电阻箱不能连续调节,从而导致测量值与真实值之间存在误差。例3某同学测量一个圆柱体的电阻率,需要测量圆柱体的尺寸和电阻。(1)分别使用游标卡尺和螺旋测微器测量圆柱体的长度和直径,某次测量的示数如图甲、乙所示,则圆柱体的长度为cm,直径为mm。(2)按图丙连接电路后,实验操作如下:将滑动变阻器R1的阻值置于最(选填“大”或“小”)处;将S2拨向接点1,闭合S1,调节R1,使电流表示数为I0;将电阻箱R2的阻值调至最(选填“大”或“小”),S2拨向接点2,保持R1不变,调节R2,使电流表示数仍为I0,此时R2阻值为1280 。(3)由此可知,圆柱体的电阻为。解
14、析(1)游标卡尺的精度为0.1mm,所以圆柱体的长度L=(50+10.1)mm=5.01cm,螺旋测微器的读数d=(5+31.60.01)mm=5.316mm。(2)为了保护电流表,在接通电路之前,要使电路中的总电阻尽可能大,然后慢慢减小电路中的电阻。答案(1)5.015.316(5.3105.320均可)(2)大大(3)1280见高效训练P871.(2018吉林长春外国语学校质检)(1)某实验小组在“测定金属电阻率”的实验过程中,正确操作获得金属丝直径以及电流表、电压表的示数如图甲所示,则金属丝的直径的示数是,电流表的示数是,电压表的示数是。甲(2)已知实验中所用的滑动变阻器阻值范围为010
15、 ,电流表内阻为几欧,电压表内阻约20 k。电源为干电池(不宜在长时间、大功率状况下使用),电动势E=4.5 V,内阻很小。则图乙电路图中(选填电路图下方的字母代号)电路为本次实验应当采用的最佳电路,但用此最佳电路测量的结果仍然会比真实值偏(选填“大”或“小”)。乙(3)若实验所用的电流表内阻的准确值RA是已知的,那么准确测量金属丝电阻Rx的最佳电路应是图乙中的(选填电路图下方的字母代号)电路。此时测得电流为I、电压为U,则金属丝电阻Rx=(用题中字母代号表示)。解析(1)螺旋测微器先读固定部分为0.5mm,可动部分可估读为38.00.01mm=0.380mm,故总示数为(0.5+0.380)mm=0.880mm;电流表量程为0.6A,则最小刻度为0.02A,示数为0.42A;电压表量程为3V,最小刻度为0.1V,则示数为2.25V。(2)因电源不能在大功率下长时间运行,则本
