試驗八測定金屬電阻率1/76【試驗目標】1.掌握電流表、電壓表和滑動變阻器使用方法。2.掌握螺旋測微器和游標卡尺使用和讀數方法。3.會用伏安法測電阻,深入測定金屬電阻率。2/76【試驗原理】1.螺旋測微器:(1)結構:如圖,螺旋測微器測砧A和固定刻度B固定在尺架C上,可動刻度E、旋鈕D、微調旋鈕D′是與測微螺桿F連在一起,經過精密螺紋套在B上。3/76(2)原理:可動刻度E上刻度為50等份,則螺旋測微器準確度為0.01mm。(3)讀數。①測量時被測物體長度半毫米數由固定刻度讀出,不足半毫米部分由可動刻度讀出。②測量值(mm)=固定刻度數(mm)(注意半毫米刻度線是否露出)+可動刻度數(估讀一位)×0.01(mm)。4/76③如圖所表示,固定刻度示數為2.0mm,而從可動刻度上讀示數為15.0,最終讀數為2.0mm+15.0×0.01mm=2.150mm。5/762.游標卡尺:(1)結構:主尺、游標尺(主尺和游標尺上各有一個內、外測量爪),游標尺上還有一個深度尺(如圖所表示)。6/76(2)用途:測量厚度、長度、深度、內徑、外徑。(3)原理:利用主尺最小分度與游標尺最小分度差值制成。不論游標尺上有多少個小等分刻度,它刻度部分總長度比主尺上一樣多小等分刻度總長度少1mm。常見游標卡尺游標尺上小等分刻度有10格、20格、50格,其準確度見下表:7/76刻度格數(分度)刻度總長度每小格與1mm差值準確度(可準確到)109mm0.1mm0.1mm2019mm0.05mm0.05mm5049mm0.02mm0.02mm8/76(4)讀數:若用x表示從主尺上讀出整毫米數,K表示從游標尺上讀出與主尺上某一刻線對齊游標格數,則統(tǒng)計結果表示為(x+K×準確度)mm。需要注意是,不論是哪種卡尺,K值均不需要估讀。(5)如圖所表示,有一游標卡尺,主尺最小分度是1mm,游標上有20個小等分刻度。用它測量一工件長度,圖示讀數為104mm+0.05×0mm=104.00mm。9/7610/763.伏安法測電阻:電流表內接法和外接法比較。電流表內接法電流表外接法電路圖

適用條件大電阻(Rx>或RA?Rx)小電阻(Rx<或RV?Rx)11/76電流表內接法電流表外接法誤差分析因為電流表分壓:R測==Rx+RA>Rx測量值大于真實值因為電壓表分流:R測=<Rx測量值小于真實值12/764.電阻率測定原理:(1)把金屬絲接入電路中,用伏安法測金屬絲電阻,Rx=,電路原理如圖所表示。13/76(2)用毫米刻度尺測金屬絲接入電路部分長度l,用螺旋測微器測得金屬絲直徑d,算出橫截面積S=(3)依據電阻定律R=,得金屬絲電阻率ρ=14/76【試驗器材】被測金屬絲,直流電源(4V),電流表(0～0.6A),電壓表(0～3V),滑動變阻器(50Ω),開關,導線若干,螺旋測微器,毫米刻度尺。15/76【試驗過程】1.直徑測定:用螺旋測微器(或游標卡尺)在被測金屬絲上三個不一樣位置各測一次直徑,求出其平均值d,計算出金屬絲橫截面積S=16/762.電路連接:按如圖所表示電路原理圖連接好用伏安法測電阻試驗電路。17/763.長度測量:用毫米刻度尺測量接入電路中被測金屬絲有效長度,重復測量3次,求出其平均值l。4.U、I測量:把滑動變阻器滑片調整到使接入電路中電阻值最大位置,電路經檢驗確認無誤后,閉合開關S,改變滑動變阻器滑片位置,讀出幾組對應電流表和電壓表示數I和U值,填入表格中,斷開開關S。18/76UI5.拆除試驗線路,整理好試驗器材。19/76【數據處理】1.求Rx:(1)計算法:用Rx=分別算出各次數值,再取平均值。(2)圖象法:畫出U-I圖象,U-I圖象斜率等于Rx。20/762.計算電阻率:將統(tǒng)計數據U、I、l、d值代入電阻率計算式ρ=21/76【誤差分析】1.系統(tǒng)誤差:(1)采取伏安法測量金屬絲電阻時,因為采取是電流表外接法,測量值小于真實值,使電阻率測量值偏小。(2)因為金屬絲通電后發(fā)燒升溫,會使金屬絲電阻率變大,造成測量誤差。22/762.偶然誤差:(1)金屬絲橫截面積是利用直徑計算而得到,直徑測量是產生誤差主要起源之一。(2)金屬絲長度測量、電流表和電壓表讀數等均會帶來偶然誤差。23/76【注意事項】1.螺旋測微器使用:(1)測量前應校對零點:使測砧A與測微螺桿P并攏,觀察可動刻度零刻線與固定刻度軸向線是否重合,以及可動刻度邊緣與固定刻度零刻線是否重合。(2)測量時,當測微螺桿P將要接觸被測物體時,要停頓使用旋鈕K,改用微調旋鈕K′,當聽到“咔、咔”聲時,停頓轉動,以防止P和被測物體間產生過大壓力。24/76(3)螺旋測微器應估讀一位,即以mm作單位,讀到小數點后面第三位。25/762.測定金屬電阻率:(1)測量被測金屬導線有效長度,即電壓表兩端點間待測導線長度,測量時應將導線拉直,重復測量三次,求其平均值。(2)閉合開關S之前,一定要使滑動變阻器滑片處于有效阻值最大位置。(3)電流不宜太大(電流表用0～0.6A量程),通電時間不宜太長,以免金屬絲溫度升高,造成電阻率在試驗過程中變大。26/76熱點一試驗儀器讀數和試驗原理【典例1】(·鶴壁模擬)在“測定圓柱形材料電阻率”試驗中,世紀金榜導學號4272217927/76(1)某同學用螺旋測微器測樣品直徑時,結果如圖所表示,則該樣品直徑為________mm。(2)給樣品通電,用量程為3V電壓表和量程為0.6A電流表測樣品兩端電壓和經過樣品電流時讀數如圖所表示,則電流表讀數為________A。28/76(3)用米尺測量樣品長度L=0.810m。利用以上測量數據,可得這種材料電阻率為________Ω·m(結果保留兩位有效數字)。29/76【解析】(1)螺旋測微器讀數:2.5mm+43.5×0.01mm=2.935mm。(2)電流表量程為0.6A,每一小格為0.02A,所以電流表讀數:0.52A。(3)由R=得:ρ=代入數據得:ρ=4.2×10-5Ω·m。答案:(1)2.935(2)0.52(3)4.2×10-530/76【強化訓練】(·孝感模擬)在測量金屬絲電阻率試驗中,可供選取器材以下:待測金屬絲:Rx(阻值約4Ω,額定電壓約2V);電壓表:V(量程3V,內阻約3kΩ);電流表:A1(量程0.6A,內阻約0.2Ω);A2(量程3A,內阻約0.05Ω);31/76電源:E1(電動勢3V,內阻不計);E2(電動勢12V,內阻不計);滑動變阻器:R1(最大阻值約20Ω);R2(最大阻值約1kΩ);螺旋測微器、毫米刻度尺、開關、導線。32/76(1)用螺旋測微器測量金屬絲直徑,示數如圖所表示,讀數為________mm。(2)為使測量盡可能準確,需要多組測量,電流表應選________、電源應選________、滑動變阻器應選________(均填器材代號),在虛線框中完成電路原理圖。33/7634/76【解析】(1)由圖可讀出螺旋測微器示數為1.5mm+27.3×0.01mm=1.773mm。(2)因為電壓表量程為0～3V,待測金屬絲兩端電壓最大為3V,電源選E1。試驗中待測電流最大值Im==0.75A,電流表選量程較小A1,測量精度較高。35/76滑動變阻器R2全電阻較大,試驗中會使電流過小,應選全電阻較小R1。因為R1全電阻大于待測金屬絲電阻,應采取分壓式接法。因為電流表電阻小于待測電阻而電壓表電阻遠大于待測電阻,電流表外接,試驗電路如圖所表示。答案:(1)1.773(1.771～1.775均正確)(2)A1E1R1電路圖看法析圖36/76熱點二試驗數據分析和處理【典例2】試驗室購置了一捆標稱長度為100m銅導線,某同學想經過試驗測定其實際長度。該同學首先測得導線橫截面積為1.0mm2,查得銅電阻率為1.7×10-8Ω·m,再利用圖甲所表示電路測出銅導線電阻Rx,從而確定導線實際長度。37/7638/76可供使用器材有:電流表:量程0.6A,內阻約0.2Ω;電壓表:量程3V,內阻約9kΩ;滑動變阻器R1:最大阻值5Ω;滑動變阻器R2:最大阻值20Ω;定值電阻:R0=3Ω電源:電動勢6V,內阻可不計;開關、導線若干。39/76回答以下問題:世紀金榜導學號42722180(1)試驗中滑動變阻器應選________(選填“R1”或“R2”),閉合開關S前應將滑片移至________(選填“a”或“b”)端。(2)在實物圖丙中,已正確連接了部分導線,請依據圖甲電路完成剩下部分連接。40/7641/76(3)調整滑動變阻器,當電流表讀數為0.50A時,電壓表示數如圖乙所表示,讀數為__________V。(4)導線實際長度為________m(保留2位有效數字)。42/76【解析】(1)被測電阻阻值約為Rx==1.7×10-8×Ω=1.7Ω,而電路中最大電流為Im=0.6A,所以電路中總電阻最小值為R=Ω=10Ω,則滑動變阻器阻值最小為R動=R-Rx-R0=5.3Ω,故滑動變阻器應選擇R2;在電路中滑動變阻器為限流接法,閉合開關之前,其阻值應置于最大值處,即a處。43/76(2)電路連接如圖所表示44/76(3)電壓表讀數為2.30V。(4)被測電阻測量值為Rx=-R0,Rx=,代入數據,解得導線實際長度為l=94m。答案:(1)R2a(2)看法析(3)2.30(4)9445/76【強化訓練】(·武漢模擬)某學習小組用伏安法測量一未知電阻Rx阻值,給定器材及規(guī)格為:電流表A(量程為0～5mA,內阻約為10Ω);電壓表V(量程為0～3V,內阻約為3kΩ);最大阻值約為100Ω滑動變阻器;電源E(電動勢約3V);開關S、導線若干。46/76(1)因為不知道未知電阻阻值范圍,先采取如圖甲所表示電路試測,讀得電壓表示數大約為2.5V,電流表示數大約為5mA,則未知電阻阻值Rx大約為________Ω。47/76(2)經分析,該電路測量誤差較大,需改進。請直接在圖甲上改畫:①在不需要連線上畫“×”表示,②補畫上需要添加連線。(3)對改進電路進行測量,并依據測量數據畫出了如圖乙所表示U-I圖象,得Rx=________Ω(保留三位有效數字)。48/76【解析】(1)依據用圖甲測量數據和歐姆定律可得Rx==500Ω。(2)待測電阻Rx約為500Ω,而電壓表內阻約為3kΩ,是待測電阻6倍左右,電流表內阻約為10Ω,待測電阻是電流表內阻50倍左右,所以用電流表外接法電壓表分流作用比較大,應改為電流表內接法。49/7650/76(3)待測電阻Rx大小就等于圖乙中圖線斜率,即Rx==500Ω。答案:(1)500(2)看法析圖(3)50051/76熱點三試驗拓展與創(chuàng)新【典例3】(·福州模擬)國家標準(GB/T)要求自來水在15℃時電阻率應大于13Ω·m。某同學利用圖甲電路測量15℃自來水電阻率,其中內徑均勻圓柱形玻璃管側壁連接一細管,細管上加有閥門K以控制管內自來水52/76水量,玻璃管兩端接有導電活塞(活塞電阻可忽略),右活塞固定,左活塞可自由移動。試驗器材還有:電源(電動勢約為3V,內阻可忽略),電壓表V1(量程為3V,內阻很大),電壓表V2(量程為3V,內阻很大),定值電阻R1(阻值4kΩ),定值電阻R2(阻值2kΩ),電阻箱R(最大阻值9999Ω),單刀雙擲開關S,導線若干,游標卡尺,刻度尺。53/7654/76試驗步驟以下:A.用游標卡尺測量玻璃管內徑d;B.向玻璃管內注滿自來水,并用刻度尺測量水柱長度L;C.把S撥到1位置,統(tǒng)計電壓表V1示數;D.把S撥到2位置,調整電阻箱阻值,使電壓表V2示數與電壓表V1示數相同,統(tǒng)計電阻箱阻值R;55/76E.改變玻璃管內水柱長度,重復試驗步驟C、D,統(tǒng)計每一次水柱長度L和電阻箱阻值R;F.斷開S,整理好器材。世紀金榜導學號42722181(1)測玻璃管內徑d時游標卡尺示數如圖乙,則d=________mm。56/76(2)玻璃管內水柱電阻Rx表示式為Rx=________(用R1、R2、R表示)。(3)利用統(tǒng)計多組水柱長度L和對應電阻箱阻值R數據,繪制出如圖丙所表示R-關系圖象。自來水電阻率ρ=__________Ω·m(保留兩位有效數字)。57/76【解析】(1)依據游標卡尺讀數規(guī)則,玻璃管內徑d=30mm+0×0.05mm=30.00mm。(2)把S撥到1位置,統(tǒng)計電壓表V1示數,得到經過水柱電流I1=。由閉合電路歐姆定律,E=U+Rx;把S撥到2位置,調整電阻箱阻值,使電壓表V2示數與電壓表V1示數相同,統(tǒng)計電阻箱阻值R,得到該支路電流58/76I2=。由閉合電路歐姆定律,E=U+R2;聯(lián)立解得:Rx=(3)由電阻定律Rx=,Rx=聯(lián)立解得:R=R-關系圖象斜率k=0.4×103Ω·m,解得:ρ==14Ω·m。答案:(1)30.00(2)(3)1459/76【強化訓練】1.某同學用以下器材測量一電阻絲電阻Rx:電源E,適當量程電流表、電壓表各一只(電流表有內阻,電壓表內阻不是無限大),滑動變阻器R、RP,開關S1、S2,導線若干。他設計如圖甲所表示電路測量電阻Rx值,并有效地消除了因電壓表和電流表內阻而產生系統(tǒng)誤差。60/76試驗步驟以下:A.先閉合S1,斷開S2,調整R和RP,使電流表和電壓表示數合理,記下兩表示數為I1、U1;B.閉合S2,調整RP,記下電流表和電壓表示數為I2、U2。61/76(1)請你幫他按電路圖在實物圖乙上連線。(2)指出上述步驟B中錯誤做法并進行更正:______,寫出用測量數據表示被測電阻Rx表示式:_______。62/76【解析】(1)由電路圖連接實物圖,如圖所表示:63/76(2)先閉合S1,斷開S2,依據歐姆定律,則有:RP=①再閉合S2,則有:②聯(lián)立上式,解得:Rx=64/76由以上解析過程可知,①②兩式中RP應相等,所以步驟B中應保持RP不變。答案:(1)看法析圖(2)應該保持RP不變,測出電流表