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人教版(2019)物理必修三
11.3《实验:导体电阻率的测量》教学设计
课题 11.3《实验:导体电阻率的测量》
教学目标 1.知识与能力目标(1)掌握游标卡尺和螺旋测微器的使用方法和读数方法(2)掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法(3)理解测量电阻率的实验原理及方法(4)会对实验数据进行误差分析2.情感目标通过游标卡尺及螺旋测微器的使用,培养学生严密的逻辑思维
教学重点 掌握游标卡尺和螺旋测微器的使用方法和读数方法理解测量电阻率的实验原理及方法
教学难点 掌握游标卡尺和螺旋测微器的使用方法和读数方法会对实验数据进行误差分析
教学过程 1.新课导入反映材料导电性能好坏的物理量。定义式:,为计算出导体的电阻率,我们需要测量计算出导体的长度及直径。这就需要用到游标卡尺及螺旋测微器。
2.讲解新知2.1 游标卡尺原理:利用主尺的最小分度与游标尺的最小分度的差值制成。不管游标尺上有多少个小等分刻度,它的刻度部分的总长度比主尺上的同样多的小等分刻度少 1 mm。精度:对应关系为10分度 0.1 mm,20分度 0.05 mm,50分度0.02 mm。读数:读数=主尺整mm值+精确度×游标尺的对齐刻度数(1)从主尺上读出整毫米数(2)弄清该尺的精度(3)从游标尺上读出与主尺上某一刻线对齐的游标的格数(4)将(3)中的格数×(2)中的精度,计算结果与(1)中的主尺整毫米数相加,即为最后测量结果如左图,主尺整毫米数:17mm,精度0.1mm,游标尺第5格与主尺对齐,5×0.1=0.5mm,读数=17+0.5=17.5mm。同理,右图精度为0.05mm,读数为23+7×0.05=23.35mm。游标卡尺不估读。2.2 螺旋测微器原理:测微螺杆F与固定刻度B之间的精密螺纹的螺距为0.5mm,即旋钮D每旋转一周,F前进或后退0.5mm,而可动刻度E上的刻度为50等份,每转动一小格,F前进或后退0.01mm,即螺旋测微器的精确度为0.01mm。读数时估读到毫米的千分位上,因此,螺旋测微器又叫千分尺。读数:测量时,被测物体长度的整毫米数由固定刻度读出,小数部分由可动刻度读出。测量值(mm)=固定刻度数(mm)(注意半毫米刻度线是否露出)+可动刻度数(估读一位)×0.01(mm)。如左图,固定刻度数,半毫米线未露出,读为14mm,可动刻度数(估读一位),为13.5×0.01=0.135mm,最终读数为14.135mm。同理,右图因半毫米线露出,最终读数为8.5+6.2×0.01=8.562mm螺旋测微器使用方法(1)测量时,在测微螺杆快靠近被测物体时应停止使用旋钮,而改用微调旋钮,避免产生过大的压力,既可使测量结果精确,又能保护螺旋测微器。(2)在读数时,要注意固定刻度尺上表示半毫米的刻线是否已经露出。(3)读数时,千分位有一位估读数字,不能随便扔掉,即使固定刻度的零点正好与可动刻度的某一刻度线对齐,千分位上也应读取为“0”。(4)当小砧和测微螺杆并拢时,可动刻度的零点与固定刻度的零点不相重合,将出现起点误差,应加以修正,即在最后测长度的读数上去掉起点误差的数值。2.3 金属丝电阻率的测量实验原理实验电路如图,用伏安法测出金属丝的电阻。用毫米刻度尺测量金属丝的长度l,用螺旋测微器量得金属丝的直径,算出横截面积S。将测量的数据代入公式求金属丝的电阻率。数据处理求R的平均值时可用两种方法(1)用R=U/I分别算出各次的数值,再取平均值。(2)用U I图线的斜率求出。计算电阻率将记录的数据R、l、的值代入电阻率计算式。误差分析(1)金属丝的横截面积是利用直径计算而得,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)本实验中被测金属导线的电阻值较小,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、待测金属导线、滑动变阻器连成主干线路,然后再把电压表并联在待测金属导线的两端。(3)测量被测金属导线的有效长度,是指测量待测导线接入电路的两个端点之间的长度,亦即电压表两端点间的待测导线长度,测量时应将导线拉直,反复测量三次,求其平均值。(4)测金属导线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之前,一定要将原理图中滑动变阻器的滑片移到最左端。(6)在用伏安法测电阻时,通过待测导线的电流强度I不宜过大(电流表用0~0.6 A量程),通电时间不宜过长,以免金属导线的温度明显升高,造成其电阻率在实验过程中逐渐增大。(7)求R的平均值时可用两种方法:第一种是用R=U/I算出各次的测量值,再取平均值;第二种是用图像(U I图线)来求出。若采用图像法,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。
3.随堂、课后巩固练习题根据教学过程中的实际效果,对《11.3 电阻率的测量同步分题型练习题》进行选择。
板书设计
教学总结及反思
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实验:导体电阻率的测量
高中物理 / 人教版(2019) / 必修三/第十一章
目 录:
01
学习目标
02
新课导入
03
新课探究
游标卡尺的使用
螺旋测微器的使用
实验原理、数据处理、误差分析、注意事项
04
课堂小结
05
课堂练习
06
课后作业
01
02
03
理解测量电阻率的实验原理及方法
掌握游标卡尺和螺旋测微器的使用方法和读数方法
掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法
04
会对实验数据进行误差分析
学习目标
反映材料导电性能好坏的物理量。
定义式: ,为计算出导体的电阻率,我们需要测量计算出导体的长度及直径。这就需要用到游标卡尺及螺旋测微器。
导体的电阻率
新课导入
游标卡尺
新知探究
游标卡尺
原理:利用主尺的最小分度与游标尺的最小分度的差值制成。不管游标尺上有多少个小等分刻度,它的刻度部分的总长度比主尺上的同样多的小等分刻度少 1 mm。
精度:对应关系为10分度 0.1 mm,20分度 0.05 mm,50分度0.02 mm。
新知探究
游标卡尺
读数:读数=主尺整mm值+精确度×游标尺的对齐刻度数
(1)从主尺上读出整毫米数
(2)弄清该尺的精度
(3)从游标尺上读出与主尺上某一刻线对齐的游标的格数
(4)将(3)中的格数×(2)中的精度,计算结果与(1)中的主尺整毫米数相加,即为最后测量结果
新知探究
游标卡尺
如左图,主尺整毫米数:17mm,精度0.1mm,游标尺第5格与主尺对齐,5×0.1=0.5mm,读数=17+0.5=17.5mm。
同理,右图精度为0.05mm,读数为23+7×0.05=23.35mm。
游标卡尺不估读
主尺整毫米
对齐格数
新知探究
螺旋测微器
新知探究
原理:测微螺杆与固定刻度之间的精密螺纹的螺距为0.5mm,即旋钮每旋转一周,前进或后退0.5mm,而可动刻度上的刻度为50等份,每转动一小格,前进或后退0.01mm,即螺旋测微器的精确度为0.01mm。读数时估读到毫米的千分位上,因此,螺旋测微器又叫千分尺。
螺旋测微器
新知探究
读数:测量时,被测物体长度的整毫米数由固定刻度读出,小数部分由可动刻度读出。
测量值(mm)=固定刻度数(mm)(注意半毫米刻度线是否露出)+可动刻度数(估读一位)×0.01(mm)。
螺旋测微器
新知探究
螺旋测微器
如左图,固定刻度数,半毫米线未露出,读为14mm,可动刻度数(估读一位),为13.5×0.01=0.135mm,最终读数为14.135mm。
同理,右图因半毫米线露出,最终读数为8.5+6.2×0.01=8.562mm
固定刻度数
可动刻度数
新知探究
(1)测量时,在测微螺杆快靠近被测物体时应停止使用旋钮,而改用微调旋钮,避免产生过大的压力,既可使测量结果精确,又能保护螺旋测微器。
(2)在读数时,要注意固定刻度尺上表示半毫米的刻线是否已经露出。
螺旋测微器使用方法
新知探究
(3)读数时,千分位有一位估读数字,不能随便扔掉,即使固定刻度的零点正好与可动刻度的某一刻度线对齐,千分位上也应读取为“0”。
(4)当小砧和测微螺杆并拢时,可动刻度的零点与固定刻度的零点不相重合,将出现起点误差,应加以修正,即在最后测长度的读数上去掉起点误差的数值。
螺旋测微器使用方法
新知探究
实验原理:实验电路如图,用伏安法测出金属丝的电阻。
金属丝电阻率的测量
用毫米刻度尺测量金属丝的长度l,用螺旋测微器量得金属丝的直径,算出横截面积S。
将测量的数据代入公式 求金属丝的电阻率。
新知探究
数据处理:求R的平均值时可用两种方法
(1)用分别算出各次的数值,再取平均值。
(2)用U I图线的斜率求出。
计算电阻率
将记录的数据R、l、的值代入电阻率计算式 。
金属丝电阻率的测量
新知探究
误差分析:(1)金属丝的横截面积是利用直径计算而得,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。
金属丝电阻率的测量
新知探究
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、待测金属导线、滑动变阻器连成主干线路,然后再把电压表并联在待测金属导线的两端。
金属丝电阻率的测量
新知探究
注意事项:(3)测量被测金属导线的有效长度,是指测量待测导线接入电路的两个端点之间的长度,亦即电压表两端点间的待测导线长度,测量时应将导线拉直,反复测量三次,求其平均值。
(4)测金属导线直径一定要选三个不同部位进行测量,求其平均值。
金属丝电阻率的测量
新知探究
注意事项:(5)闭合开关S之前,一定要将原理图中滑动变阻器的滑片移到最左端。
(6)在用伏安法测电阻时,通过待测导线的电流强度I不宜过大(电流表用0~0.6 A量程),通电时间不宜过长,以免金属导线的温度明显升高,造成其电阻率在实验过程中逐渐增大。
金属丝电阻率的测量
新知探究
注意事项:(7)求R的平均值时可用两种方法:第一种是用算出各次的测量值,再取平均值;第二种是用图像(U I图线)来求出。若采用图像法,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。
金属丝电阻率的测量
新知探究
课堂小结
1.游标卡尺的读数
11.50mm
50.15mm
11.4mm
课堂练习
2.螺旋测微器的读数
0.485mm
3.375mm
5.665mm
0.990mm
6.702mm
课堂练习
3.在“金属丝电阻率的测量实验”中,为待测金属丝,用刻度尺测得其接入电路中的长度为L,用螺旋测微器测其直径D如图甲所示,实验电路图如图乙所示,实验数据作图如图丙所示,回答下列问题:
(1)金属丝的直径______mm;
(2)金属丝接入电路的电阻______;
(3)金属丝的电阻率______(用字母L、D、表示)。
0.576
4.5
课堂练习
【详解】(1)[1]螺旋测微器读数是固定刻度读数加上可动刻度读数,由图甲读数有
(2)[2]图线的斜率表示电阻值,由图像可以算出斜率
(3)[3]根据有
课堂练习
4.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和图乙所示,则圆柱体的长度为___________cm,直径为___________mm
5.01
5.315
课堂练习
4.(2)按图丙连接电路后,实验操作如下:
①将滑动变阻器的阻值置于最________(填“大”或“小”)处;将拨向接点1,闭合,调节,使电流表示数为一个恰当的值;
②将电阻箱的阻值调至最___________(填“大”或“小”)处,拨向接点2;保持不变,调节,使电流表的示数仍为,此时阻值为12.8Ω;
大
大
课堂练习
4.(3)由(2)中的测量,可得圆柱体的电阻为___________Ω;
(4)利用以上各步骤中所测得的数据,得该圆柱体的电阻率为___________Ω·m(保留3位有效数字)。
12.8
5.67×10-3
课堂练习
【详解】(1)[1]由题图甲可知圆柱体的长度为
[2]由题图乙可知圆柱体的直径为
(2)[3][4]为了保护电路各元件,使电路中电流都能从最小值开始调节,开始时应先将滑动变阻器R1的阻值应调至最大。后续在S2由1拨向2前,电阻箱的阻值也应调至最大。
(3)[5]本实验采用等效法测电阻,由题意可知圆柱体的电阻为
(4)[6]由电阻定律得
解得
课堂练习
完成《11.3 导体的电阻率测量分题型练习题》
课后作业中小学教育资源及组卷应用平台
11.3《实验:导体电阻率的测量》分题型同步练习
TOC \o "1-3" \h \u HYPERLINK \l _Toc26300 游标卡尺读数 1
游标卡尺读数 2
实验 2
11.3《实验:导体电阻率的测量》分题型同步练习答案解析 8
游标卡尺读数
1.游标卡尺的读数:
游标卡尺读数
2.螺旋测微器的读数
实验
3.在“测定金属的电阻率”的实验中:
(1)某同学用游标卡尺测量金属杆的直径,则该金属杆的直径为___________mm。
(2)该同学用伏安法测量该金属杆的电阻,电压表选择0~3V量程,电流表选择0~0.6A量程,分别测量金属杆两端的电压和流过金属杆的电流,指针位置分别如图所示,则金属杆的电阻为___________Ω。
(3)该同学用如图所示的电路图测量金属杆的电阻,则电阻的测量值相较于真实值___________(填“偏大”或“偏小”)。
(4)设测得金属杆的电阻为R,金属杆的长度为L,金属杆的直径为D,求得金属杆的电阻率为___________(用题目所给字母表示)。
4.在“金属丝电阻率的测量实验”中,为待测金属丝,用刻度尺测得其接入电路中的长度为L,用螺旋测微器测其直径D如图甲所示,实验电路图如图乙所示,实验数据作图如图丙所示,回答下列问题:
(1)金属丝的直径______mm;
(2)金属丝接入电路的电阻______;
(3)金属丝的电阻率______(用字母L、D、表示)。
5.在“测定金属的电阻率”实验中,所用测量仪器均已校准。待测金属丝接入电路部分的长度约为50cm。
(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径,其中某一次测量结果如图1所示,其读数应为________mm(该值接近多次测量的平均值)。
(2)用伏安法测金属丝的电阻Rx。实验所用器材为:电池组(电动势3V,内阻约1)、电流表(内阻约0.1)、电压表(内阻约3k)、滑动变阻器R(0~2,额定电流2A)、开关、导线若干。
某小组同学利用以上器材正确连接好电路,进行实验测量,记录数据如下:
次数 1 2 3 4 5 6 7
U/V 0.10 0.30 0.70 1.00 1.50 1.70 2.30
I/A 0.020 0.060 0.160 0.220 0.340 0.460 0.520
由以上实验数据可知,他们测量Rx是采用图2中的_______(填“甲”或“乙”)。
(3)如图3是测量Rx的实验器材实物图,图中已连接了部分导线,滑动变阻器的滑片P置于变阻器的一端。请根据(2)中所选的电路图,补充完成图3中实物间的连线,并使闭合开关的瞬间,电压表或电流表不致被烧坏。( )
(4)这个小组的同学在坐标纸上建立U、I坐标,如图4所示,图中已标出了与测量数据对应的4个坐标点。请在图4中标出第2、4、6次测量数据的坐标点,并描绘出U-I图线( )。由图线得到金属丝的阻值Rx=_______。(保留2位有效数字)
(5)任何实验测量都存在误差。本实验所用测量仪器均已校准。下列关于误差的说法中正确的选项是___________(有多个正确选项)。
A.用螺旋测微器测量金属丝直径时,由于读数引起的误差属于系统误差
B.由于电流表和电压表内阻引起的误差属于偶然误差
C.若将电流表和电压表的内阻计算在内,可以消除由测量仪表引起的系统误差
D.用U-I图像处理数据求金属丝电阻可以减小偶然误差
6.现测定长金属丝的电阻率.
①某次用螺旋测微器测量金属丝直径的结果如图所示,其读数是______.
②利用下列器材设计一个电路,尽量准确地测量一段金属丝的电阻.这段金属丝的电阻,约为,画出实验电路图,并标明器材代号.
电源 (电动势,内阻约为)
电流表 (量程,内阻)
电流表 (量程,内阻约为)
滑动变阻器 (最大阻值,额定电流)
开关及导线若干
③某同学设计方案正确,测量得到电流表的读数为,电流表的读数为,则这段金属丝电阻的计算式______.从设计原理看,其测量值与真实值相比______(填“偏大”、“偏小”或“相等”)。
7.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和图乙所示,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:
①将滑动变阻器的阻值置于最________(填“大”或“小”)处;将拨向接点1,闭合,调节,使电流表示数为一个恰当的值;
②将电阻箱的阻值调至最___________(填“大”或“小”)处,拨向接点2;保持不变,调节,使电流表的示数仍为,此时阻值为12.8Ω;
(3)由(2)中的测量,可得圆柱体的电阻为___________Ω;
(4)利用以上各步骤中所测得的数据,得该圆柱体的电阻率为___________Ω·m(保留3位有效数字)。
8.某同学利用图甲电路测量自来水的电阻率,其中内径均匀的圆柱形玻璃管侧壁连接一细管,细管上加有阀门K以控制管内自来水的水量,玻璃管两端接有导电活塞(活塞电阻可忽略),右侧活塞固定,左侧活塞可自由移动,实验器材还有:
电源(电动势约为3V,内阻不可忽略)
两个完全相同的电流表(量程为0~3mA,内阻不计)
电阻箱R(最大阻值)
定值电阻(可供选择的阻值有)
开关S,导线若干,刻度尺。
实验步骤如下:
A.测得圆柱形玻璃管内径
B.向玻璃管内注自来水,并用刻度尺测量水柱长度L
C.连接好电路,闭合开关S,调整电阻箱阻值,读出电流表示数分别记为,记录电阻箱的阻值R
D.改变玻璃管内水柱长度,多次重复实验步骤B、C,记录每一次水柱长度L和电阻箱阻值R
E.断开S,整理好器材
(1)为了较好地完成该实验,定值电阻应选_______的电阻。
(2)玻璃管内水柱的电阻的表达式_______(用表示)。
(3)若在上述步骤C中每次调整电阻箱阻值,使电流表示数均相等,利用记录的多组水柱长度L和对应的电阻箱阻值R的数据,绘制出如图乙所示的关系图像,则自来水的电阻率_______(保留两位有效数字),在用本实验方法测电阻率时,若电流表内阻不能忽略,则自来水电阻率测量值与上述测量值相比将_______(填“偏大”“不变”或“偏小”)。
11.3《实验:导体电阻率的测量》分题型同步练习答案解析
1 【答案】11.50mm 50.15mm 11.4mm
2 【答案】0.485mm 3.375mm 0.990mm 5.665mm 6.702mm
3 【答案】 4.2 2.61(2.53~2.69都对) 偏小
【详解】(1)[1]游标卡尺的主尺读数为4mm,游标卡尺上第2个刻度和主尺上某一刻度对齐,10分度游标卡尺精确度为0.1mm,所以该金属杆的直径为
(2)[2]电流表的最小分度是0.02A,所以读数是
电压表的最小分度是0.1V,读数是U=
电阻
(3)[3]电流表外接时,待测电阻两端电压表读数是准确的,由于电压表的分流作用导致电流表读数大于流过待测电阻的真实电流,所以电阻的测量值相较于真实值偏小;
(4)[4]由电阻定律金属杆的横截面积
联立解得
4 【答案】或或或或 4.5或4.3或4.4或4.6或4.7或4.8
【详解】(1)[1]螺旋测微器读数是固定刻度读数加上可动刻度读数,由图甲读数有
(2)[2]图线的斜率表示电阻值,由图像可以算出斜率
(3)[3]根据欧姆定律和电阻定律有;
整理后可得
5 【答案】0.397 甲 4.4 CD或DC
【详解】(1)[1]螺旋测微器的固定刻度是0mm,可动刻度读数是0.397mm,最终读数是固定刻度加上可动刻度,是0.397mm。
(2)[2]由表中数据可看出,被测电阻阻值大约为5,如果采用乙图中的电路图,则电路中最小电流大约为I==0.375A;与表格中数据不符,故采用的是分压式接法,故选甲图。
(3)[3]由以上分析可知,采用的是分压式接法,如图所示
(4)[4][5]由表格可知第2、4、6次的数据是U2=0.30V,I2=0.060A,U4=1.00V,I4=0.220A,U6=1.70V,I6=0.460A,故描绘出的U-I图线如图所示
第6次的数据误差太大,舍去不要;Rx=
由图线可求得Rx=4.4Ω
(5)[6] AB.读数引起的误差为偶然误差,电流表、电压表内阻引起的误差为系统误差,故AB错误;C.计算时,将电流表、电压表的内阻考虑在内,可以消除由测量仪表引起的系统误差,故C正确;D.采用图像法,可以减小偶然误差,故D正确。
6 【答案】 (均可) 相等
【详解】根据螺旋测微器的读数法则可知读数为
因该实验没有电压表,电流表A1的内阻已知,故用A1表当电压表使用,为了调节范围大,应用分压式滑动变阻器的接法,则点如图如图
由电路图可知流过的电流为,电阻两端的电压为,因此电阻
该实验的电流为真实电流,电压也为真实电压,因此测得值和真实值相等
7 【答案】5.01 5.315##5.316##5.314 大 大 12.8 或或
【详解】(1)[1]由题图甲可知圆柱体的长度为
[2]由题图乙可知圆柱体的直径为
(2)[3][4]为了保护电路各元件,使电路中电流都能从最小值开始调节,开始时应先将滑动变阻器R1的阻值应调至最大。后续在S2由1拨向2前,电阻箱的阻值也应调至最大。
(3)[5]本实验采用等效法测电阻,由题意可知圆柱体的电阻为
(4)[6]由电阻定律得解得
8 【答案】 16 不变
【详解】(1)[1]定值电阻所在支路最小电阻约为
电阻箱R最大阻值为,为测多组实验数据,所以定值电阻应选的电阻。
(2)[2]电阻箱与串联,再与水柱、并联,所以有
玻璃管内水柱电阻的表达式
(3)[3]由电阻定律可以知道则有
根据题意可知,电流表示数均相等,则有
由题图可得
电阻率
[4]若电流表内阻不能忽略,则有
电阻率为保持不变。
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11.3《实验:导体电阻率的测量》
学习目标:
(1)掌握游标卡尺和螺旋测微器的使用方法和读数方法
(2)掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法
(3)理解测量电阻率的实验原理及方法
(4)会对实验数据进行误差分析
1.新课导入
反映材料导电性能好坏的物理量。
定义式:,为计算出导体的电阻率,我们需要测量计算出导体的长度及直径。这就需要用到游标卡尺及螺旋测微器。
2.游标卡尺
原理:利用主尺的最小分度与游标尺的最小分度的差值制成。不管游标尺上有多少个小等分刻度,它的刻度部分的总长度比主尺上的同样多的小等分刻度少 1 mm。
精度:对应关系为10分度 0.1 mm,20分度 0.05 mm,50分度0.02 mm。
读数:读数=主尺整mm值+精确度×游标尺的对齐刻度数
(1)从主尺上读出整毫米数
(2)弄清该尺的精度
(3)从游标尺上读出与主尺上某一刻线对齐的游标的格数
(4)将(3)中的格数×(2)中的精度,计算结果与(1)中的主尺整毫米数相加,即为最后测量结果
如左图,主尺整毫米数:17mm,精度0.1mm,游标尺第5格与主尺对齐,5×0.1=0.5mm,读数=17+0.5=17.5mm。
同理,右图精度为0.05mm,读数为23+7×0.05=23.35mm。
游标卡尺不估读。
3.螺旋测微器
原理:测微螺杆F与固定刻度B之间的精密螺纹的螺距为0.5mm,即旋钮D每旋转一周,F前进或后退0.5mm,而可动刻度E上的刻度为50等份,每转动一小格,F前进或后退0.01mm,即螺旋测微器的精确度为0.01mm。读数时估读到毫米的千分位上,因此,螺旋测微器又叫千分尺。
读数:测量时,被测物体长度的整毫米数由固定刻度读出,小数部分由可动刻度读出。
测量值(mm)=固定刻度数(mm)(注意半毫米刻度线是否露出)+可动刻度数(估读一位)×0.01(mm)。
如左图,固定刻度数,半毫米线未露出,读为14mm,可动刻度数(估读一位),为13.5×0.01=0.135mm,最终读数为14.135mm。
同理,右图因半毫米线露出,最终读数为8.5+6.2×0.01=8.562mm
螺旋测微器使用方法
(1)测量时,在测微螺杆快靠近被测物体时应停止使用旋钮,而改用微调旋钮,避免产生过大的压力,既可使测量结果精确,又能保护螺旋测微器。
(2)在读数时,要注意固定刻度尺上表示半毫米的刻线是否已经露出。
(3)读数时,千分位有一位估读数字,不能随便扔掉,即使固定刻度的零点正好与可动刻度的某一刻度线对齐,千分位上也应读取为“0”。
(4)当小砧和测微螺杆并拢时,可动刻度的零点与固定刻度的零点不相重合,将出现起点误差,应加以修正,即在最后测长度的读数上去掉起点误差的数值。
4.金属丝电阻率的测量
实验原理
实验电路如图,用伏安法测出金属丝的电阻。
用毫米刻度尺测量金属丝的长度l,用螺旋测微器量得金属丝的直径,算出横截面积S。
将测量的数据代入公式求金属丝的电阻率。
数据处理
求R的平均值时可用两种方法
(1)用R=U/I分别算出各次的数值,再取平均值。
(2)用U I图线的斜率求出。
计算电阻率
将记录的数据R、l、的值代入电阻率计算式。
误差分析
(1)金属丝的横截面积是利用直径计算而得,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)本实验中被测金属导线的电阻值较小,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、待测金属导线、滑动变阻器连成主干线路,然后再把电压表并联在待测金属导线的两端。
(3)测量被测金属导线的有效长度,是指测量待测导线接入电路的两个端点之间的长度,亦即电压表两端点间的待测导线长度,测量时应将导线拉直,反复测量三次,求其平均值。
(4)测金属导线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之前,一定要将原理图中滑动变阻器的滑片移到最左端。
(6)在用伏安法测电阻时,通过待测导线的电流强度I不宜过大(电流表用0~0.6 A量程),通电时间不宜过长,以免金属导线的温度明显升高,造成其电阻率在实验过程中逐渐增大。
(7)求R的平均值时可用两种方法:第一种是用R=U/I算出各次的测量值,再取平均值;第二种是用图像(U I图线)来求出。若采用图像法,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。
5.课堂小结
6.随堂练习
1.游标卡尺的读数:
1 【答案】11.50mm 50.15mm 11.4mm
2.螺旋测微器的读数
2 【答案】0.485mm 3.375mm 0.990mm 5.665mm 6.702mm
3.在“金属丝电阻率的测量实验”中,为待测金属丝,用刻度尺测得其接入电路中的长度为L,用螺旋测微器测其直径D如图甲所示,实验电路图如图乙所示,实验数据作图如图丙所示,回答下列问题:
(1)金属丝的直径______mm;
(2)金属丝接入电路的电阻______;
(3)金属丝的电阻率______(用字母L、D、表示)。
【答案】0.576mm 4.5Ω
【详解】(1)[1]螺旋测微器读数是固定刻度读数加上可动刻度读数,由图甲读数有D=0.5+7.6×0.01=0.576mm
(2)[2]图线的斜率表示电阻值,由图像可以算出斜率k=4.5Ω
(3)[3]根据ρ=Rs/l有
4.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和图乙所示,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:
①将滑动变阻器的阻值置于最________(填“大”或“小”)处;将拨向接点1,闭合,调节,使电流表示数为一个恰当的值;
②将电阻箱的阻值调至最___________(填“大”或“小”)处,拨向接点2;保持不变,调节,使电流表的示数仍为,此时阻值为12.8Ω;
(3)由(2)中的测量,可得圆柱体的电阻为___________Ω;
(4)利用以上各步骤中所测得的数据,得该圆柱体的电阻率为___________Ω·m(保留3位有效数字)。
【答案】 5.01;5.315或5.316或5.314;大;大;12.8;或或
【详解】
(1)[1]由题图甲可知圆柱体的长度为
[2]由题图乙可知圆柱体的直径为
(2)[3][4]为了保护电路各元件,使电路中电流都能从最小值开始调节,开始时应先将滑动变阻器R1的阻值应调至最大。后续在S2由1拨向2前,电阻箱的阻值也应调至最大。
(3)[5]本实验采用等效法测电阻,由题意可知圆柱体的电阻为
(4)[6]由电阻定律得解得
7.课后作业
完成《11.3 电阻率的测量同步分题型练习题》
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