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1、电路实验：测定金属的电阻率第八章一、螺旋测微器 1.构造如图851所示是常用的螺旋测微 器，它的测砧A和固定刻度G固定在框 架F上，旋钮K、微调旋钮K和可动刻 度H，测微螺杆P连在一起，通过精密 螺纹套在G上.图8512.原理 精密螺纹的螺距是0.5mm，即K每旋转一周，P前进或后退0.5mm，可 动刻度分成50等份，每一等份表示0.01mm，即可动刻度每转过一等份 ，P前进或后退0.01mm.因此，从可动刻度旋转了多少个等份就知道长 度变化了多少个0.01mm.用它测量长度，可以精确到 mm，还可以 估读到0.001mm(即毫米的千分位)，因此螺旋测微器又称为千分尺.0.013.读数方法 先
2、从固定刻度G上读出半毫米整数倍的部分，不足半毫米的部分由可动刻度读 出，即看可动刻度上的第几条刻度线与固定刻度线上的横线重合，从而读出可 动刻度示数(注意估读).即有：测量长度=固定刻度示数+可动刻度示数 精确度.(注意单位为mm) 如图8-5-2所示，不足半毫米而从可动刻 度上读的示数为15.5格，最后的读数为： 2.0mm+15.50.01mm=2.155mm. 图8524.注意事项 (1)测量前须校对零点：先使小砧A与 测微螺杆P并拢，观察可动刻度的零 刻度线与固定刻度的轴向线是否重合 ，以及可动刻度的边缘与固定刻度的 零刻度线是否重合，否则应加以修正.(2)读数时，除注意观察毫米整数刻
3、度线外，还要特别注意半毫米刻 度线是否露出.螺旋测微器要估读，以毫米为单位时要保留到小数点 后第三位. (3)测量时，当螺杆P快要接触被测物体时，要停止使用粗调旋钮K， 改用微调旋钮K，当听到“咔、咔”响声时，停止转动微调旋钮K，并 拧紧固定旋钮.这样做既可保护仪器，又能保证测量结果的准确性.二、测定金属的电阻率 1.实验目的 (1)练习使用螺旋测微器 (2)学会用伏安法测量电阻的阻值 (3)测定金属的电阻率2.实验原理 根据电阻定律公式R= ，只要测出金属导线的长度l和它的直径d，计 算出导线的横截面积S，并用伏安法测出金属导线的电阻R，即可计算出 金属导线的电阻率. 3.实验器材 米尺(最
4、小分度值1mm)、螺旋测微器、直流电压表和直流电流表、滑动 变阻器、电池、开关及连接导线、金属电阻丝.4.实验步骤 (1)用螺旋测微器在被测金属导线上三个不同位置各测一次直径，求出其平 均值d，计算出导线的横截面积S. (2)用毫米刻度尺测量接入电路中的被测量金属导线的有效长度，反复测量3 次，求出其平均值l.(3)依照图8-5-3所示的电路图用导线把器材连好，并把滑动变阻器的阻值调至 最大.图853(4)电路经检查无误后，闭合开关S ，改变滑动变阻器滑动片的位置，读出 几组相应的电流表、电压表的示数I和U 的值，记入记录表格内，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
5、入电阻率计算公式 中，计算出 金属导线的电阻率.5.注意事项 (1)本实验中被测金属导线的电阻值较小，因此实验电路必须采用电流表外接 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、待测 金属导线、滑动变阻器连成主干线路(闭合电路)，然后再把电压表并联在待测 金属导线的两端. (3)金属导线的长度，应该是在连入电路之后再测量，测量的是接入电路部分 的长度，并且要在拉直之后再测量.(4)接通电源的时间不能过长，通过电 阻丝的电流不能过大，否则金属丝将 因发热而温度升高，这样会导致电阻 率变大，造成较大误差. (5)要恰当选择电流表、电压表的量程 ，调节滑动变阻器的阻值时，
6、应注意 同时观察两表的读数，尽量使两表的 指针偏转较大，以减小读数误差.测定金属的电阻率的一般方法在“测量金属丝的电阻率”的实验中 ： (1)用螺旋测微器测金属丝的直径如图85 4所示，则金属丝的直径为 mm.图854(2)已知电阻丝的电阻约为10，现备有下列器材供测量该电阻丝的电阻时选 用，应选用的器材有 (只填代号). A.量程是00.6A，内阻约 0.5的电流表； B.量程是03A，内阻约 0.1的电流表；C.量程是03V，内阻约 6k的电压表； D.量程是015V，内阻约 30k的电压表； E.阻值为01k，额定电流为0.5A的滑动变阻器； F.阻值为020，额定电流为2A的滑动变阻器
7、； G.蓄电池(6V)； H.开关一个，导线若干. (3)画出用伏安法测上述电阻丝电阻的电路图. (1)该金属丝的直径为0.350mm. (2)先选电源：题中只给一直流电源，所以应先确定电源，选G. 选电流表：电源选定后可估算总电流，不连入滑动变阻器，干路电流 最大值Imax= =0.6A，所以选A. 若选电流表B，会有以下不足：首先0.6A电流太小，指针偏转范围不足刻 度盘的三分之一，读数时误差较大；其次电流表量程越大，精确度越低 ，故不选B.选电压表：若选电压表C，量 程3V，则干路总电流要被控制在 0.3A以下，由上列所选电流表A，指 针偏转可达到满刻度的一半.若选电压表D，量程15V，
8、电源6V， ,此时电压表指针偏转 范围虽满足指针在1323刻度盘范围 ，但用15V量程时，精确度太低，为 实现电压表和电流表精确度的匹配， 应选电压表C而不选电压表D.选变阻器：由于已选量程是3V的电压表，决定滑动变阻器必须采用分压电路 连接方式.由于电阻丝阻值约为10，为在3V、0.3A以下范围内调节滑动变阻器， 读取几组测量值，滑动变阻器应选020为宜，即F.显然，选取01000变阻 器不行，一是阻值太大，变化不明显，易造成电压表、电流表超量程，烧毁表 头；二是额定电流也太小.另外，组成电路必须有开关和导线，即H是必需的. 故所选用的器材有A，C，F，G，H.(3)画电路图时，还要选择电流
9、表是内接电路，还是外接电路. 由Rx=10，RA=0.5，RV=6000可知，为减小RA分压带来误差，应选电 流表外接.电路图如下图. 本题提供的电压表、电流表、滑动变阻器均有两种规格，实验时用什么规 格的仪表、器材，要求首先要做出选择判断后再动手实验.变式训练1：影响物质材料电阻率的因 素很多，一般金属材料的电阻率随温 度的升高而增大，而一般半导体材料 的电阻率则与之相反，随温度的升高 而减小.某课题研究组需要研究某种导 电材料的导电规律，他们用该种导电 材料制作成电阻较小的线状元件Z做 实验，测量元件Z中的电流随两端电 压从零逐渐增大过程中的变化规律.(1)他们应选用下图所示的哪个电路进行
10、实验( )(2)按照正确的电路图连接图8-5-5的实物图.图855(3)实验测得元件Z的电压与电流的关系如下图所示.根据表中数据，判断元件Z 是金属材料还是半导体材料. Z是 .U(V) 0 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.50 1.60I(A)0 0.20 0.45 0.80 1.25 1.80 2.81 3.20(4)用螺旋测微器测得线状元件Z的直径如图8-5-6所示，则Z的直径是 mm.图856解析：(1)由题意，电流和电压从零开始递增，则滑动变阻器要接成分压式；元件的电阻 较小，则伏安法测电阻时应采用电流表外接法 应选A.(2)实物连线如下图(3)由表格可知，随着
11、电压的增大，元件的 电阻减小，即电阻率随 温度的升高而减小，所 以该元件材料是半导体 图象法处理数据在该实验中的应用 用伏安法测量电阻阻值R，并求出电阻率.给定电压表(内阻约为 50k)、电流表(内阻约为40)、滑动变阻器、电源、电键、待测电 阻(约为250)及导线若干.图857(1)画出测量R的电路图. (2)在图8-5-7中的6个点表示实验中测得的6组电流I、电压U的值，试写出 根据此图求R值的步骤： . 求出的电阻值R= .(保留三位有效数字) (3)待测电阻是一均匀材料制成的圆柱体，用游标为50分度的游标卡尺测 量其长度与直径，结果分别如图8-5-8(a)、(b)所示，由图可知其长度为
12、，直径为 .(4)由以上数据可求出= .(保留三位有效数字)图858本题考查伏安法测电阻的原 理、用U-I图象求电阻的方法，电阻率 的计算及游标卡尺的读数.(1)滑动变阻器可采用限流式接法和分压式接法，因为 ，所以电流表 可用外接法，电路图有两种情况，如下 图所示，根据“能限流不分压”原则，应 选限流式接法.(2)作UI图线，应舍去左起第2个点，其余5个点尽量靠近直线且 均匀分布在直线两侧.求该直线的斜率k，则R=k=229(221237 均正确)(3)长度为0.800cm; 直径为0.194cm (4)根据 得 代入数据=229 m=8.4610-2m 本实验考查的覆盖面较大，在实验复习中要
13、理解实验原理、 实验步骤，掌握实验数据的处理方法，同时要提高对实验数据的计 算能力.变式训练2：在用伏安法测电阻的实验中， 所用电压表的内阻约为20k，电流表的内阻约为 10，选择能够尽量减小误差的电路图接线进行实验，读得的各组数据用实心圆点标于坐标上， 如图859 所示(1)根据各点表示的数据描出I-U图线，由此 求得该电阻的阻值Rx= _ (保留两位有效数字)(2)画出此实验的电路原理图解析：本题采用图像法解题，只要正确画出I U图线，然后从图线中求出Rx，作图线时使多 数点在图线上，被测电阻Rx阻值看成是不变的，则图线应是通过原点的一条直线图线的斜率等 于被测电阻阻值Rx.(1)舍去不合理的点直线如图甲所示 Rx=2.4103 (2.3103或2.5103也算对) 如图甲所示，观察6个实验点，发现第4点偏差较大，舍去不用，将其余五点连成直线，得到过坐 标原点的IU图像由图像适当选取I、U值，甲(2)由于待测电阻较大，RxRA，测量电路应设计为内接法由于待测电阻较大，控制电路宜采用分压电路如图乙，但由于滑动变阻器阻值情况 不明确，也可用限流接法乙
