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1、学案学案 4 4 学生实验：测定金属的电阻率学生实验：测定金属的电阻率学习目标定位 1.进一步掌握用伏安法测电阻的电路的设计思想.2.掌握螺旋测微器的读数方法.3.掌握测定金属电阻率的实验原理、实验过程及数据处理方法一、实验原理1把金属丝接入电路中，用伏安法测金属丝的电阻R(R )电路原理图如图 1 所示U I图 12用毫米刻度尺测出金属丝接入电路的长度l，用螺旋测微器测出金属丝的直径d，算出横截面积S(S) d2 43由电阻定律R，得，求出电阻率l SRS ld2R 4ld2U 4lI二、实验器材螺旋测微器、毫米刻度尺、电压表、电流表、定值电阻、开关及导线、被测金属导线、电池、滑动变阻器三、
2、螺旋测微器1构造及原理：如图 2 所示，它的测砧A和固定刻度B固定在尺架C上，可动刻度E、旋钮D、微调旋钮D是与测微螺杆F连在一起的，并通过精密螺纹套在B上，精密螺纹的螺距是 0.5 mm，即旋钮D每转一周，测微螺杆F前进或后退 0.5 mm，可动刻度分成 50 等份，每一等份表示 0.01_mm.图 22使用方法：当A与F并拢时，可动刻度E的零点恰好跟固定刻度B的零点重合，逆时针旋转旋钮D，将测微螺杆F旋出，把被测物体放入A、F之间，再顺时针旋转旋钮D，使A、F正好接触被测物在使用时，F快要接触被测物时，要停止使用旋钮D，改用微调旋钮D.一、实验操作1实验步骤(1)测直径：用螺旋测微器在被测
3、金属导线上三个不同位置各测一次直径，并记录图 3(2)连电路：按如图 3 所示的电路图连接实验电路(3)量长度：用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属导线的有效长度，反复测量 3 次，并记录(4)求电阻：把滑动变阻器的滑动触头调节到使接入电路中的电阻值最大的位置，电路经检查确认无误后，闭合开关 S.改变滑动变阻器滑动触头的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值，记入表格内，断开开关 S.(5)拆除实验电路，整理好实验器材2数据处理电阻R的数值可用以下两种方法确定：(1)计算法：利用每次测量的U、I值分别计算出电阻，再求出电阻的平均值作为测量结果(2)图象法：可建立IU坐标系，将测量的
4、U、I值描点作出图象，利用图象的斜率来求出电阻值R.3实验注意事项(1)因一般金属丝电阻较小，为了减少实验的系统误差，必须选择电流表外接法；(2)本实验若用限流式接法，在接通电源之前应将滑动变阻器调到阻值最大状态(3)测量l时应测接入电路的金属导线的有效长度(即两接线柱之间的长度)；在金属导线的3 个不同位置上用螺旋测微器测量直径d.(4)电流不宜过大(电流表用 00.6 A 量程)，通电时间不宜太长，以免电阻率因温度升高而变化二、螺旋测微器的读数L固定刻度示数可动刻度示数(估读一位)分度值注意 (1)以毫米为单位时，小数点后面要有三位有效数字，特别是最后一位估读数字为零时，不能省略(2)在读
5、数时注意半毫米刻度线是否已露出例如(如图 4 所示)图 4甲图读数为：2 mm32.00.01 mm2.320 mm乙图读数为：13.5 mm37.00.01 mm13.870 mm例 1 在测定金属的电阻率的实验中，可供选用的器材如下：待测金属丝：Rx(阻值约 4 ，额定电流约 0.5 A)；电压表：V(量程 3 V，内阻约 3 k)；电流表：A1(量程 0.6 A，内阻约 0.2 )；A2(量程 3 A，内阻约 0.05 )；电源：E1(电源电压为 3 V)；E2(电源电压为 12 V)；滑动变阻器：R(最大阻值约 20 )；螺旋测微器；毫米刻度尺；开关 S；导线(1)用螺旋测微器测量金属
6、丝的直径，示数如图 5 所示，读数为_mm.图 5(2)若滑动变阻器采用限流式接法，为使测量尽量精确，电流表应选_，电源应选_(均填器材代号)，在虚线框中完成电路原理图解析 (1)螺旋测微器的读数为：15 mm27.40.01 mm1.774 mm.(2)在用伏安法测电阻的实验中，为使测量尽量精确，则电流表、电压表指针需达到半偏以上，又因待测金属丝的额定电流为 0.5 A，所以电流表选 A1，电源选E1即可电路原理图如图所示答案 (1)1.774(1.7721.776 均正确) (2)A1 E1 见解析图例 2 在测定金属的电阻率的实验中，金属丝长约 0.8 m，直径小于 1 mm，电阻在 5
7、 左右，实验步骤如下：(1)用毫米刻度尺测量金属丝的长度，测三次，求出平均值l，在金属丝的不同位置用_测量直径，求出平均值d.(2)用伏安法测量金属丝的电阻R.试把图 6 中所给的器材连接成测量R的合适的电路图中电流表的量程为 00.6 A，内阻接近 1 ，电压表的量程为 03 V，内阻为几千欧，电源的电动势为 6 V，滑动变阻器的阻值为 020 .图 6(3)用上面测得的金属丝长度l、直径d和电阻R，可根据电阻率的表达式_，算出所测金属的电阻率解析 (1)金属丝的直径用螺旋测微器测量(2)连电路图时，由于被测金属丝的电阻值较小，因此应采用电流表外接法，并且滑动变阻器采取限流式接法，如图所示(
8、3)由电阻定律R，有.l SRS ld2R 4l答案 (1)螺旋测微器 (2)见解析图 (3)d2R 4l在“测定金属的电阻率”的实验中，图 7用螺旋测微器测量金属丝直径时的刻度位置如图 7 所示，用毫米刻度尺测出金属丝的长度l，金属丝的电阻大约为 5 ，先用伏安法测出金属丝的电阻R，然后根据电阻定律计算出该金属材料的电阻率(1)从图中读出金属丝的直径为_ mm.(2)为此取来两节新的干电池、电键和若干导线及下列器材：A电压表 03 V，内阻 10 kB电压表 015 V，内阻 50 kC电流表 00.6 A，内阻 0.05 D电流表 03 A，内阻 0.01 E滑动变阻器，010 F滑动变阻
9、器，0100 要求较准确地测出其阻值，电压表应选_，电流表应选_，滑动变阻器应选_(填序号)实验中某同学的实物接线如图 8 所示，请指出该同学实物接线中的两处明显错误图 8错误1：_错误2：_答案 (1)0.680 (2)A C E 导线连接在滑动变阻器的滑片上 采用了电流表内接法解析 (1)从螺旋测微器的固定刻度上可以看出，半毫米刻度线已经露出来，因此主尺上应读 0.5 mm，可动刻度指在第 18 个刻度线，应估读为 0.180 mm，所以该金属丝直径应为0.5 mm0.180 mm0.680 mm.(2)由电路图知电源是两节干电池，电动势是 3 V，用 3 V 量程的电压表 A；因为电阻丝
10、的电阻大约为 5 ，如果把 3 V 的电动势全加在电阻丝上，电流才是 0.6 A，因此用量程是 0.6 A 的电流表 C；此题中金属丝的电阻大约为 5 ，为了减小实验误差，应选 10 的滑动变阻器 E.1.(单选)在“测定金属丝电阻率”的实验中，由可知，对实验结果的准确性影d2U 4Il响最大的是( )A金属丝直径d的测量B电压U的测量C电流I的测量D金属丝长度l的测量答案 A解析 四个选项中的四个物理量对金属丝的电阻率均有影响，但影响最大的是直径d，因为在计算式中取直径的平方2(单选)在测定阻值较小的金属丝的电阻率的实验中，为了减小实验误差，并要求在实验中获得较大的电压调节范围，在测量其电阻
11、时应选择的电路是( )答案 D解析 金属丝阻值较小，在用伏安法测电阻时应该用电流表外接法，题干中要求实验中获得较大的电压调节范围，故滑动变阻器要采用分压式接法，D 正确3(双选)在“测定金属的电阻率”的实验中，以下操作中错误的是( )A用米尺测量金属丝的全长，且测量三次，算出其平均值，然后再将金属丝接入电路中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，采用电流表内接法，多次测量后算出平均值D实验中应保持金属丝的温度不变答案 AC解析 实验中应测量出金属丝接入电路中的有效长度，而不是全长；金属丝的电阻很小，与电压表内阻相差很大，使金属丝与电压表并联，电压表对
12、它分流作用很小，应采用电流表外接法，A、C 错误4 “探究导体电阻与导体长度、横截面积、材料的关系”的实验电路如图 1 所示，a、b、c、d是四种不同的金属丝图 1现有四根镍铬合金丝和两根康铜合金丝，其规格如下表所示.编号材料长度/m横截面/mm2A镍铬合金0.80.8B镍铬合金0.50.5C镍铬合金0.30.5D镍铬合金0.31.0E康铜合金0.30.5F康铜合金0.80.8(1)电路中四种金属丝应选用上表中的_(用编号表示)(2)某学生由实验数据分析归纳出：电路图中四种金属丝的电阻R与长度L、横截面积S的关系可用比例式R 来表示你认为是否正确，为什么？L S(3)在交流合作时，有位同学提出
13、用如图 2 所示的电路，只要将图中P端分别和1、2、3、4 相接，读出电流，利用电流跟电阻成反比的关系，也能探究出导体电阻与其影响因素的定量关系，请你对其作出评价图 2答案 (1)BCDE(2)不正确，因为它们的材料不完全相同(3)不能探究出实验过程中无法保证每次金属丝两端的电压相等解析 (1)本实验采用的是控制变量法，分别选用导体材料相同、横截面积相同时，导体的长度不同，B、C 符合要求；选用导体材料相同、长度相同时，导体的横截面积不同，C、D符合要求；选用导体横截面积相同、长度相同时，导体的材料不同，C、E 符合要求故选B、C、D、E.5.某同学在一次“测定金属的电阻率”的实验中，用米尺测
14、出接入电路部分的金属丝长度为l0.720 m，用螺旋测微器测出金属丝直径(刻度位置如图 3 所示)，用伏安法测出金属丝的电阻(阻值大约为 5 )，然后计算出该金属材料的电阻率在用伏安法测定金属丝的电阻时，除被测金属丝外，还有如下实验器材：图 3A直流电源(输出电压为 3 V)B电流表 A(量程 00.6 A，内阻约 0.125 )C电压表 V(量程 03 V，内阻 3 k)D滑动变阻器(最大阻值 20 )E开关、导线等(1)从图中读出金属丝的直径为_ mm.(2)根据所提供的器材，在虚线框中画出实验电路图(3)若根据伏安法测出金属丝的阻值为Rx4.0 ，则这种金属材料的电阻率为_ m(保留两位有效数字)答案 (1)0.600 (2)如图所示(3)1.6106解析 (3)由R得，将Rx4.0 、l0.720 m、d0.600 l SRS lRxd2 4lmm0.600103 m 代入得1.6106 m.6在“测定金属的电阻率”的实验中，待测金属丝的电阻Rx约为 5 ，实验室备有下列实验器材：A电压表(量程 03 V，内阻约为 15 k)B电压表(量程 015 V，内阻约为 75 k)C电流表(量程 03 A，内阻约为 0.2 )D电流表(量程 00.6 A，内阻约为 1 )E变阻器R1(010 ，0.6 A)F变阻器R2(02 000 ，0.1 A)G
