11.3 实验：导体电阻率的测量(共22张PPT)

(共22张PPT)
§11.3 实验：导体电阻率的测量
【实验目的】
1.掌握螺旋测微器的原理及读数方法。
2.掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法及电流表和电压表的读数方法。
3.会用伏安法测电阻，并能测定金属的电阻率。
【实验原理】
欧姆定律和电阻定律。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 =U/I ；又由R =ρL/S得
【实验电路图】
直流电流表
导线
被测金属丝
开关
电池组
滑动变阻器
直流电压表
【实验器材】
螺旋测微器
毫米刻度尺
被测金属丝，直流电源(4 V)，电流表(0～0.6 A)，电压表(0～3 V)，滑动变阻器(0～50 Ω)，开关，导线若干， ，毫米刻度尺.
螺旋测微器
【实验过程】
一、实验步骤
1.直径测定
用螺旋测微器在被测金属丝上的三个不同位置各测一次直径，
求出其平均值d，计算出金属丝的横截面积
2.电路连接
按如图所示的电路原理图连接好用伏安法测电阻的实验电路。
3.长度测量
用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属丝的有效长度，反复测量3次，求出其平均值l。
4.U、I测量
把滑动变阻器的滑片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，记入表格内，断开开关S。
U
I
Rx
5.拆除实验线路，整理好实验器材。

【误差分析】
1.金属丝的横截面积是利用直径计算而得的，直径的测量是产生误差的主要来源之一。
2.采用伏安法测量金属丝的电阻时，由于采用的是电流表外接法，测量值小于真实值，使电阻率的测量值偏小。
3.金属丝的长度测量、电流表和电压表的读数等均会带来偶然误差。
4.由于金属丝通电后发热升温，会使金属丝的电阻率变大，造成测量误差。
【注意事项】
1.螺旋测微器的使用
(1)测量时,当测微螺杆P将要接触被测物体时,要停止使用旋钮K,改用微调旋钮K′,当听到“咔、咔…”声后,停止转动,以避免P和被测物体间产生过大的压力。这样既可以保护仪器,又能保证测量结果准确。
(2)螺旋测微器应估读一位，即以mm作单位,应读到小数点后面第三位。
2.测定金属的电阻率
(1)为了方便,测量直径应在金属丝连入电路前进行,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。
(2)测量被测金属丝的有效长度，为了准确测量金属丝的长度,应该在连入电路之后在拉直的情况下进行,测量待测金属丝接入电路的两个端点之间的长度。亦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。
(3)本实验中被测金属丝的电阻值较小，故应采用电流表外接法。
(4)开关S闭合前，滑动变阻器的阻值要调到最大。
(5)电流不宜太大（电流表用0～0.6 A量程），通电时间不宜太长,以免金属丝温度升高，导致电阻率在实验过程中变大。
(6)实验连线时,应先从电源的正极出发，依次将开关、电流表、待测金属丝、滑动变阻器连成干路，然后再把电压表并联在待测金属丝的两端。
(7)若采用图象法求电阻阻值的平均值，在描点时，要尽量使各点间的距离拉大一些，连线时要尽可能地通过较多的点，其余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.
(8)求R的平均值可用两种方法：第一种是用算出各次的测量值，再到平均值；第二种是用图像U—I（图线）的斜率来求出。
(9)电流表与电压表的读数要注意有效数字的位数。
例1 在测量金属丝电阻率的实验中，可供选用的器材如下：
待测电阻丝：Rx（阻值约4 Ω，额定电流约0.5 A）
电压表：V（量程3 V，内阻约3 kΩ）
电流表：A1（量程0.6 A，内阻约0.2 Ω）
A2（量程3 A，内阻约0.05 Ω）
电源：E1（电动势3 V，内阻不计）；
E2（电动势12 V，内阻不计）；
滑动变阻器：R（最大阻值约20 Ω）；
螺旋测微器；毫米刻度尺；开关S；导线。
典例分析
(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图所示，读数为_________mm。
螺旋测微器的固定刻度上显示为1.5 mm，小数部分由可动刻度读得为0.273 mm，二者相加就是测量值,1.5mm+0.273mm=1.773 mm。
1.773
例1 在测量金属丝电阻率的实验中，可供选用的器材如下：
待测电阻丝：Rx（阻值约4 Ω，额定电流约0.5 A）
电压表：V（量程3 V，内阻约3 kΩ）
电流表：A1（量程0.6 A，内阻约0.2 Ω）
A2（量程3 A，内阻约0.05 Ω）
电源：E1（电动势3 V，内阻不计）；
E2（电动势12 V，内阻不计）；
滑动变阻器：R（最大阻值约20 Ω）；
螺旋测微器；毫米刻度尺；开关S；导线。
典例分析
(2)若滑动变阻器采用限流接法，为使测量尽量精确，电流表应选_______、电源应选________（均填器材代号），在虚线框内完成电路原理图。
由于待测电阻丝的电阻较小，故电流表应选外接法。
待测电阻丝的额定电流约为0.5 A,为了减小实验误差，应选量程为0.6 A的电流表A1
待测电阻丝的电阻约为4 Ω，额定电流约为0.5 A，故由欧姆定律得额定电压约为2 V，所以电源应选E1。
例2.某同学想要了解导线在质量相同时电阻与截面积的关系，选取了材料相同、质量相等的5卷导线，进行了如下实验：
（1）用螺旋测微器测量
某一导线的直径如图所示。
读得直径d=_______mm。
典例分析
读数为
(1+20.0×0.01) mm=1.200 mm。
（2）该同学经实验测量及相关计算得到如下数据：
电阻R/Ω 121.0 50.0 23.9 10.0 3.1
导线直径d/mm 0.801 0.999 1.201 1.494 1.998
导线截面积 S/mm2 0.504 0.784 1.133 1.753 3.135
典例分析
请你根据以上数据判断，该种导线的电阻R与截面积S是否满足反比关系？
若满足反比关系，请说明理由；若不满足，请写出R与S应满足的关系。
由数据可得：R与S不成反比，R与S2成反比
（或RS2=恒量）
1.用螺旋测微器测量某金属丝直径的结果如图所示. 该金属丝的直径是________mm.
答案　1.706(1.705～1.707均可)
固定刻度读数为1.5 mm
可动刻度读数为20.6×0.01 mm
1.5 mm＋20.6×0.01 mm＝1.706 mm
典例精析
2.某兴趣小组在做“测定金属丝的电阻率”的实验中, 通过粗测电阻丝的电阻约为5 Ω, 为了使测量结果尽量准确, 从实验室找到以下供选择的器材:
A. 电池组(3 V, 内阻约1 Ω)
B. 电流表A1(0～3 A, 内阻0.0125 Ω)
C. 电流表A2(0～0.6 A, 内阻约0.125 Ω)
D. 电压表V1(0～3 V, 内阻4 kΩ)
E. 电压表V2(0～15 V, 内阻15 kΩ)
F. 滑动变阻器R1(0～20 Ω, 允许最大电流1 A)
G. 滑动变阻器R2(0～2000 Ω, 允许最大电流0.3 A)
H. 开关、导线若干
(1)实验时应从上述器材中选用________(填写仪器前字母代号).
由于电源电动势为3 V, 则电压表选D

滑动变阻器要便于调节，故选F
ACDFH
牛刀小试
2. 电阻丝的电阻约为5 Ω,
A. 电池组(3 V, 内阻约1 Ω)
C. 电流表A2(0～0.6 A, 内阻约0.125 Ω)
D. 电压表V1(0～3 V, 内阻4 kΩ)
F. 滑动变阻器R1(0～20 Ω, 允许最大电流1 A)
H. 开关、导线若干
(2)测电阻时, 电流表、电压表、待测电阻Rx在组成测量电路时, 应采用安培表________接法, 将设计的电路图画在下侧方框内.
外
牛刀小试
2. 电阻丝的电阻约为5 Ω,
A. 电池组(3 V, 内阻约1 Ω)
C. 电流表A2(0～0.6 A, 内阻约0.125 Ω)
D. 电压表V1(0～3 V, 内阻4 kΩ)
F. 滑动变阻器R1(0～20 Ω, 允许最大电流1 A)
H. 开关、导线若干
(3)若用螺旋测微器测得金属丝的直径d的读数如图, 则读数为________mm.
螺旋测微器固定刻度值为0.5 mm, 可动刻度为40.0×0.01 mm, 则读数为:
0.900 mm.
0.900
牛刀小试
2. 电阻丝的电阻约为5 Ω,
A. 电池组(3 V, 内阻约1 Ω)
C. 电流表A2(0～0.6 A, 内阻约0.125 Ω)
D. 电压表V1(0～3 V, 内阻4 kΩ)
F. 滑动变阻器R1(0～20 Ω, 允许最大电流1 A)
H. 开关、导线若干
(4)若用L表示金属丝的长度, d表示直径, 测得电阻为R, 请写出计算金属丝电阻率的表达式ρ＝________.
牛刀小试
（2）该同学经实验测量及相关计算得到如下数据：
电阻R/Ω 121.0 50.0 23.9 10.0 3.1
导线直径d/mm 0.801 0.999 1.201 1.494 1.998
导线截面积 S/mm2 0.504 0.784 1.133 1.753 3.135
(3)若导线的电阻率ρ=5.1×10-7 Ω·m,则表中阻值为3.1 Ω的导线长度l=_______m（结果保留两位有效数字）。
根据电阻定律公式
所以
牛刀小试