3.5 实验1 测定金属的电阻率 课件（鲁科选修3-1）

(共42张PPT)
实验1　测定金属的电阻率
1．学会使用螺旋测微器及正确读数．
2．学会用伏安法测电阻．
3．测定金属的电阻率．
4．掌握滑动变阻器的两种使用方法．
2．读数原理：精密螺纹的螺距为0.5 mm，即D每旋转一周，F前进或后退0.5 mm，可动刻度E上的刻度为50等分，每一小格表示0.01 mm.因此用它测量长度可以准确到0.01 mm，测量时被测长度的整毫米数或半毫米数(若表示半毫米的刻线已露出)由固定刻度上读出，小于0.5 mm的部分由可动刻度E读出．
3．读数公式：固定刻度B上的整毫米数＋0.5 mm(判断是否露出)＋0.01 mm×对齐格数(估读)．
4．注意事项：
(1)测量时，当F将要接触被测物体时，要停止使用D，改用D′，以避免F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)读数时，要注意固定刻度上表示半毫米的刻度线是否已经露出．读数时要准确到0.01 mm，估读到0.001 mm即测量结果若用mm为单位，则小数点后面必须保留三位．
(3)测量圆柱体直径时，应在三个不同位置上各测量一次，求出它们的平均值．
(4)测量完毕应用软布将千分尺擦拭干净，并在测砧与测微螺杆之间留出一点间隙后，再放入盒内．
2．电路的两种接法
3.选择电流表内、外接的常用方法
(1)直接比较法：适用于Rx、RA、RV的大小大致可以估计，当Rx RA时，采用电流表内接法，当Rx RV时，采用电流表外接法，即大电阻用电流表内接法，小电阻用电流表外接法，可记忆为“大内小外”．
(3)试触法：适用于Rx、RV、RA的阻值关系都不能确定的情况，如下图所示，把电压表的接线端分别接b、c两点，观察两电表的示数变化，若电流表的示数变化明显，说明电压表的分流对电路影响大，应选用电流表内接法，若电压表的示数有明显变化，说明电流表的分压作用对电路影响大，所以应选电流表外接法．
被测金属导线、螺旋测微器、米尺、电压表、电流表、直流电源、开关、滑动变阻器、导线若干
一、测量直径
用螺旋测微器在被测金属导线上三个不同的位置各测一次直径，求出其平均值d.
二、连接电路及测量
1.按右图所示电路图连结好用伏安法测电阻的实验电路．
2．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，求出其平均值l.
3．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，填入记录表格内，断开开关S.求出导线电阻R的平均值．
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．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.
4．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．
5．求R的平均值可用两种方法：第一种是用R＝U/I算出各次的测量值，再取平均值；第二种是用图象(U－I图线)来求出．若采用图象法，在描点时，要尽量使各点间的距离拉大一些，连线时要尽可能的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．
1．测量金属丝直径时出现误差：(1)金属丝本身直径并不严格均匀；(2)螺旋测微器本身有误差；(3)读数时观测有误差．因此测量时要在金属丝的不同部位，且不同方向上多测几次．
2．测量金属丝长度时出现误差：(1)长度为接入电路的有效长度；(2)读数时观测有误差，因此要把金属丝拉紧拉直，测量时在接线柱压线处测，多测几次．
3．电阻R测量本身有误差，因用外接法R测＜R真．因此ρ测＜ρ真．
4．通电电流过大，时间过长，金属丝发热、电阻率变化．测量时要迅速果断，避免其发热．
在用螺旋测微器测金属丝的直径时，如下图所示．
(1)da、db、dc分别为多少？
(2)下列说法正确的是(　　)
A．千分尺精度为千分之一毫米
B．千分尺能准确测量金属丝直径
C．上面的da、db、dc可能是同一同学分别测量同一根金属丝的三个不同位置得到的结果，误差较大
D．上面的da、db、dc可能是三个同学分别测量三根不同金属丝直径得到的结果，误差不一定较大
【解析】　(1)(a)中da＝4.5 mm＋23.6×0.01 mm＝4.736 mm，
(b)中db＝4 mm＋15.0×0.01 mm＝4.150 mm，
(c)中dc＝7.5 mm＋3.0×0.01 mm＝7.530 mm.
(2)千分尺的精度0.5 mm/50＝0.01 mm，可以读到千分之一毫米，A错，能较为精确地测量金属丝的直径，但也会有误差，B错，da、db、dc三个数值相差太大不可能是同一根金属丝直径的三次测量结果，可能是测量三根不同金属丝的结果，且误差不一定大，C错，D对．
【答案】　(1)4.736 mm　4.150 mm　7.530 mm　(2)D
(1)某同学用螺旋测微器测量一金属丝的直径，测微器的示数如下图所示，该金属丝直径的测量值为________ mm.
(2)在“测定金属的电阻率”的实验中，被测金属丝的电阻大约为6 Ω.现先用刻度尺测出金属丝的长度l；接着用螺旋测微器测量金属丝直径d，再用伏安法测出金属丝两端的电压U和通过金属丝的电流I，计算出它的电阻，最后根据电阻定律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，除被测的电阻丝外，还有如下供选择的实验器材：
直流电源E：电动势约4.5 V，内阻很小；
电流表A1：量程0～0.6 A，内阻为0.125 Ω；
电流表A2：量程0～3.0 A，内阻为0.025 Ω；
电压表V1：量程0～3 V，内阻为3 kΩ；
电压表V2：量程0～15 V，内阻为15 kΩ；
滑动变阻器R1：最大阻值10 Ω，允许通过的最大电流为0.2 A；滑动变阻器R2：最大阻值20 Ω，允许通过的最大电流为1.0 A；开关、导线等．
要求有较高的测量精度，并能测得多组数据．
①在可供选择的器材中，应该选用的电流表是__________，应该选用的电压表是__________，应该选用的滑动变阻器是__________．
②根据所选的器材，如下图所示虚线框中画出实验电路图．
③写出用测得的物理量表示的计算电阻率的表达式(用字母表示)：ρ＝________.
【解析】　(1)先读出固定刻度的整毫米数，再看半刻度是否露出，若已露出，加上0.5 mm，然后再读出可动刻度上的格数×0.01 mm，则读数为：
2 mm＋0.5 mm＋29.3×0.01 mm＝2.793 mm.
(2)①由实验器材中知电源电动势约为4.5 V，实验用的金属丝电阻一般较小，干路中的最大电流大约只有零点几安，故电流表选A1，电压表选V1，滑动变阻器R1的最大电流0.2 A太小，影响测量的范围，所以滑动变阻器选R2.
1．测金属的电阻率实验中，下列操作正确的是(　　)
A．若待测金属导线是漆包线，应用火烧去表面的漆皮，轻轻抹去灰尘后再测金属丝的直径，两端接头部分用砂布打磨干净，保证接触良好
B．用米尺反复3次测量导线的总长，求其平均值，然后将导线接入电路中
C．估计待测金属线电阻值大小，选择合适仪器和实验电路
D．闭合开关S，不断增大变阻器接入电路的有效阻值，记录几组对应的电流值和电压值，计算导线的电阻R
【答案】　AC
2．如右图给出了用电压表、电流表测量同一导体电阻的两种电路图，考虑电流表、电压表内阻的影响，测量时把电压表示数U和电流表示数I的比值作为电阻的测量值即R＝U/I，这种方法叫伏安法．则下列关系关于R的测量值说法中正确的是(　　)
A．甲、乙两种电路测量值一样大
B．甲种电路测量值比真实值偏大
C．乙种电路测量值比真实值偏大
D．乙种电路测量值比真实值偏小
【答案】　C
【答案】　B
4．用伏安法测电阻，可采用下图所示的甲、乙两种接法．如所用电压表内阻为5 000 Ω，电流表内阻为0.5 Ω.
(1)当测量100 Ω左右的电阻时，宜采用________电路．
(2)现采用乙电路测量某电阻的阻值时，两电表的读数分别为10 V、0.5 A，则此电阻的测量值为______ Ω，真实值为______ Ω.
【答案】　(1)甲　(2)20　20.08
5．在“测定金属的电阻率”实验中，某同学进行了如下测量：
(1)用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属丝的有效长度．测量3次，求出其平均值l.其中一次测量结果如下图甲所示，金属丝的另一端与刻度尺的零刻线对齐，图中读数为________________cm.用螺旋测微器测量金属丝的直径，选不同的位置测量3次，求出其平均值d.其中一次测量结果如下图乙所示，图中读数为________________mm.
(2)采用右图所示的电路测量金属丝的电阻．电阻的测量值比真实值________(填“偏大”或“偏小”)．最后由公式ρ＝____________计算出金属丝的电阻率(用直接测量的物理量表示)．
(3)请你根据以上的电路图在图中进行实物连线．电流表选0.6 A量程，电压表选3 V量程．
6. 在“测定金属的电阻率”的实验中，用螺旋测微器测量金属丝直径时的刻度位置如右图所示，用米尺测量金属丝的长度l＝0.810 m．金属丝的电阻大约为4 Ω，先用伏安法测出金
属丝的电阻，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)在用伏安法测定金属丝的电阻时，除被测电阻丝外，还有如下供选择的实验器材：
A．直流电源：电动势约4.5 V，内阻很小；
B．电流表A1：量程0～0.6 A，内阻0.125 Ω；
C．电流表A2：量程0～3.0 A，内阻0.025 Ω；
D．电压表V：量程0～3 V，内阻3 kΩ；
E．滑动变阻器R1：最大阻值10 Ω；
F．滑动变阻器R2：最大阻值50 Ω；
G．开关、导线等
在可供选择的器材中，应该选用的电流表是________，应选用的滑动变阻器是________．
(3)根据所选的器材，在下图所示的方框中画出实验电路图．
【答案】　(1)0.520　(2)A1　R1　(3)如下图