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1、实验：测定金属的电阻率实验：测定金属的电阻率 学科素养与目标要求 物理观念：1.通过实验探究得出影响导体电阻的因素.2.掌握测定金属电阻率的实验原理.3. 掌握螺旋测微器的读数方法 科学探究 ： 1.了解本实验需要测的物理量及所用的器材和方法.2.能进行分组分层、自主合作 探究，能综合信息进行数据处理 科学思维 ： 1.进一步掌握用伏安法测电阻电路的设计思想，会根据不同情况设计电路图.2.会 根据情况选择滑动变阻器接入电路的方式. 一、螺旋测微器和游标卡尺 1螺旋测微器的原理及读数方法 (1)构造及原理 如图 1 所示，它的测砧A和固定刻度B固定在尺架C上，可动刻度E、旋钮D和微调旋钮D 是与
2、测微螺杆F连在一起的， 并通过精密螺纹套在B上， 精密螺纹的螺距是 0.5mm， 即旋钮D 每转一周，测微螺杆F前进或后退 0.5mm，可动刻度分成 50 等份，每一等份表示 0.01_mm. 图 1 (2)使用方法 当A与F并拢时，可动刻度E的零点恰好跟固定刻度B的零点重合，逆时针旋转旋钮D，将 测微螺杆F旋出，把被测物体放入A、F之间的夹缝中，再顺时针旋转旋钮D，F快要接触被 测物时，要停止使用旋钮D，改用微调旋钮D，直到听到“喀喀”声 (3)读数方法 L固定刻度示数可动刻度示数(估读一位)分度值 注意 ： 以毫米为单位时，小数点后面要有三位有效数字，特别是最后一位估读数字为零时， 不能省
3、略 在读数时注意半毫米刻度线是否已露出 2游标卡尺的原理及读数方法 (1)构造 ： 主尺、游标尺(主尺和游标尺上各有一个内、外测量爪)、游标卡尺上还有一个深度 尺(如图 2 所示) 图 2 (2)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 1mm.常见的游标尺上小等分刻度有 10 个、20 个、50 个的，其规格见下表： 刻度格数(分度)刻度总长度1mm 与每小格的差值精确度(可精确到) 109mm0.1mm0.1mm 2019mm0.05mm0.05mm 5049mm0.02mm0.02mm (3
4、)用途：测量厚度、长度、深度、内径、外径 (4)读数：若用x表示从主尺上读出的整毫米数，K表示从游标尺上读出与主尺上某一刻度线 对齐的游标的格数，则记录结果表示为(xK精确度) mm. 二、测定金属的电阻率 1实验原理 (1)把金属丝接入电路中，用伏安法测金属丝的电阻R(R )电路原理图如图 3 所示 U I 图 3 (2)用毫米刻度尺测出金属丝的长度l， 用螺旋测微器测出金属丝的直径d， 算出横截面积S(S ) d2 4 (3)由电阻定律R，得，求出电阻率 l S RS l d2R 4l d2U 4lI 2实验器材 螺旋测微器、毫米刻度尺、电压表、电流表、开关及导线、被测金属丝、电源、滑动变
5、阻器 3实验步骤 (1)测直径：用螺旋测微器在被测金属丝上三个不同位置各测一次直径，并记录 (2)连电路：按如图 3 所示的电路图连接实验电路 (3)量长度 ： 用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属丝的有效长度， 重复测量 3 次， 并记录 (4)求电阻 ： 把滑动变阻器的滑动触头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.改变滑动变阻器滑动触头的位置，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. (5)拆除实验电路，整理好实验器材 4数据处理 电阻R的数值可用以下两种方法确定： (1)计算法：利用每次测量的U、I值分别计算出电阻，
6、再求出电阻的平均值作为测量结果 (2)图象法 ： 可建立IU坐标系，将测量的U、I值描点作出图象，利用图象的斜率的倒数来 求出电阻值R. 5实验注意事项 (1)因一般金属丝电阻较小，为了减少实验的系统误差，必须选择电流表外接法； (2)本实验若用限流式接法，在接通电源之前应将滑动变阻器调到阻值最大状态 (3)测量l时应测接入电路的金属丝的有效长度(即两接线柱之间的长度， 且金属丝伸直)， 并 将金属丝拉直；在金属丝的 3 个不同位置上用螺旋测微器测量直径d. (4)电流不宜过大(电流表用 00.6A 量程)， 通电时间不宜太长， 以免电阻率因温度升高而变 化. 一、实验原理及操作 例 1 在“
7、探究电阻与长度、横截面积的关系”的实验中，用刻度尺测量金属丝直径时的刻 度位置如图4所示， 金属丝的匝数为39， 用米尺测出金属丝的长度L， 金属丝的电阻大约为5， 先用伏安法测出金属丝的电阻R，然后用控制变量法探究电阻与导体长度、横截面积的关系 图 4 (1)从图中得出金属丝的直径为_mm. (2)为此取来两节新的干电池、开关和若干导线及下列器材： A电压表 03V，内阻约 10k B电压表 015V，内阻约 50k C电流表 00.6A，内阻约 0.05 D电流表 03A，内阻约 0.01 E滑动变阻器，010 F滑动变阻器，0100 要求较准确地测出其阻值，电压表应选_，电流表应选_，滑
8、动变阻器应选 _(填序号) 实验中某同学的实物接线如图 5 所示，请指出该同学实物接线中的两处明显错误 图 5 错误a：_； 错误b：_. 答案 (1)0.649(0.6460.652 均可) (2)A C E 导线连接在了滑动变阻器的滑片上 采用了电流表内接法 解析 (1)从题图可读出紧密绕制的金属丝的宽度为 2.53cm，故直径为0.0649cm 2.53cm 39 0.649mm. (2)因为两节干电池的电动势约是3V， 用3V量程的电压表A； 因为金属丝的电阻大约为5， 如果把 3V 的电动势全加在金属丝上，电流约为 0.6A，因此用量程是 0.6A 的电流表 C；此题 中金属丝的电阻
9、大约为 5，为了减小实验误差，应选 10 的滑动变阻器 E. 二、仪器的读数及数据处理 例 2 (2018深圳市高中联盟期末)张明同学在测定某种合金丝的电阻率时： (1)用螺旋测微器测得其直径为_mm(如图 6 甲所示)； (2)用 20 分度的游标卡尺测得其长度为_cm(如图乙所示)； (3)用图丙所示的电路测得的电阻值将比真实值_(填“偏大”或“偏小”) 图 6 答案 (1)3.202(3.2013.203 均可) (2)4.975 (3)偏小 解析 (1)螺旋测微器的读数为：D3mm20.20.01mm3.202mm； (2)游标卡尺的读数为：L49mm150.05mm49.75mm4.
10、975cm； (3)由欧姆定律得：金属丝的电阻值R ，由于电压表的分流作用使电流的测量值偏大，则 U I 电阻的测量值偏小 例 3 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. 图 7 (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 7 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，内阻不计)、电流表(内 阻约 0.1)、 电压表(内阻约 3k)、 滑动变阻器R(020， 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
11、验测量，记录数据如下： 次数1234567 U/V0.100.300.701.001.501.702.30 I/A0.0200.0600.1600.2200.3400.4600.520 由以上实验数据可知，他们测量Rx是采用图 8 中的_图(选填“甲”或“乙”) 图 8 (3)图 9 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)所选的电路图，补充完成图中实物间的连线，并使闭合开关的瞬间， 电压表或电流表不至于被烧坏 图 9 (4)这个小组的同学在坐标纸上建立U、I坐标系，如图 10 所示，图中已标出了与测量数据对 应的 4 个坐标点请在图中
12、标出第 2、4、6 次测量数据的坐标点，并描绘出UI图线由图 线得到金属丝的阻值Rx_(保留两位有效数字) 图 10 (5)根据以上数据可以估算出金属丝电阻率约为_ A1102mB1103m C1106mD1108m (6)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 是_ A用螺旋测微器测量金属丝直径时，由读数引起的误差属于系统误差 B由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UI图象处理数据求金属丝电阻可以减小偶然误差 答案 (1)0.398(0.3960.399 均正确) (
13、2)甲 (3)见解析图 (4)见解析图 4.5(4.3 4.7 均可) (5)C (6)CD 解析 (1)螺旋测微器的读数为 0mm39.80.01mm0.398mm. (2)由实验记录的数据可知Rx的阻值大约为 5.由题知RxRV，故电流表外接若滑动变 阻器接为限流式接法，电路中最小电流值Imin0.12A，其中R1为Rx与RV的并联 E R1RRA 电阻值且R1Rx.则Rx两端的电压最小值UminIminRx0.6V，而从实验数据可知Rx两端电压 是从 0.10V 开始的，因此滑动变阻器采用的是分压式接法 (3)实物连接图如图(a)所示 (4)图线应过原点，选尽可能多的点连成一条直线，不在
14、直线上的点均匀分布在直线两侧，明 显偏离的点应舍去，如图(b)所示 图线的斜率反映了金属丝的电阻，因此金属丝的电阻值Rx4.5. (5)根据Rx得金属丝的电阻率 l S RxS l Rxd2 4l 3.14 4.5 0.398 1032 4 0.5 m1106m，故选项 C 正确 (6)系统误差是由仪器的某些不完善或实验方法不够完善等产生的， 其测量结果总是偏大或偏 小；偶然误差具有随机性，可以通过多次测量取平均值来减小偶然误差 学科素养 通过本题学生练习了螺旋测微器的读数方法，提高了根据实际情况设计、选择 电路图的能力， 锻炼了分析处理实验数据的能力 在解题过程中， 展现了实验探究过程中交流
15、、 反思的能力本题着重体现了“实验探究”的学科素养 1(2017启东中学高一下期末)在测定某一均匀细圆柱体材料的电阻率实验中 图 11 (1)如图 11 甲所示，用游标卡尺测其长度为_cm；图乙用螺旋测微器测其直径为 _mm. (2)其电阻约为 6.为了较为准确地测量其电阻，现用伏安法测量实验室除提供了电池 E(电动势为 3V，内阻不计)、开关 S、导线若干，还备有下列实验器材： A电压表 V1(量程 3V，内阻约为 2k) B电压表 V2(量程 15V，内阻约为 15k) C电流表 A1(量程 3A，内阻约为 0.2) D电流表 A2(量程 0.6A，内阻约为 1) E滑动变阻器R1(010
16、，0.6A) F滑动变阻器R2(02000，0.1A) 为减小实验误差，应选用的实验器材有_(选填“A、B、C、D”等序号) 为减小实验误差，应选用图 12 中_(选填“a”或“b”)为该实验的电路原理图，其 测量值比真实值_(选填“偏大”或“偏小”) 图 12 答案 (1)10.355 1.196(1.1951.197 均可) (2)ADE b 偏小 解析 (1)游标卡尺的固定刻度读数为 10.3cm，游标尺读数为 0.0511mm0.55mm 0.055cm， 所以最终读数为：10.3cm0.055cm10.355cm. 螺旋测微器的固定刻度读数为 1mm，可动刻度读数为 0.0119.6
17、mm0.196mm， 所以最终读数为：1mm0.196mm1.196mm； (2)电源电动势为 3V， 故电压表应选 A， 电路最大电流约为 ：I A0.5A， 故电流表选 D ； E R 3 6 由于待测电阻约 6，故为了便于调节，滑动变阻器选择总阻值较小的 E； 待测电阻阻值约为 6，电压表内阻约为 2k，电流表内阻约为 1，电压表内阻远大于 待测电阻阻值，电流表应采用外接法，应选择题图 b 所示实验电路，由于电压表分流使电流 表读数偏大，则由欧姆定律可知，电阻的测量值比真实值偏小 2(2018豫北重点中学高二 12 月联考)用伏安法测量电阻阻值R，并求出电阻率，某同 学所用实验电路如图
18、13 甲所示，给定电压表、电流表、滑动变阻器、电源、开关、待测电阻 及导线若干 图 13 (1)待测电阻是一均匀材料制成的金属丝(横截面为圆形)， 用直尺测量其长度， 用螺旋测微器 测量其直径，结果分别如图丙、乙所示，由图可知其长度为_cm，直径为_mm. (2)对照电路的实物连接在虚线框中画出正确的电路图 (3)图 14 中的 6 个点表示实验中测得的 6 组电流I、电压U的值，请作出UI图线 图 14 (4)求出的电阻值R_(保留 3 位有效数字) (5)以上测得的物理量分别是 ： 金属丝两端的电压为U、流过的电流为I、直径为D、长度为L， 写出电阻率的表达式_. 答案 (1)59.40
19、0.435(0.4330.437 均可) (2)如图所示 (3)如图所示 (4)6.10(6.006.20 均可) (5)UD 2 4IL 1(2018辽宁师大附中期末)用以下器材测量待测电阻Rx的阻值： A待测电阻Rx，阻值约为 200 B电源E，电动势约为 3.0V，内阻可忽略不计 C电流表 A1，量程为 010mA，内电阻r120 D电流表 A2，量程为 020mA，内电阻r2约为 8 E定值电阻R0，阻值R080 F滑动变阻器R1，最大阻值为 10 G滑动变阻器R2，最大阻值为 200 H单刀单掷开关 S，导线若干 图 1 (1)为了测量电阻， 你认为应选择图 1 中的_图作为实验电路
20、(选填 “甲” “乙” 或 “丙” ) (2)滑动变阻器应该选_(选填“R1”或“R2”)；在闭合开关前，滑动变阻器的滑片P 应置于_(选填“a”或“b”)端 答案 (1)乙 (2)R1 b 2在“测定金属的电阻率”的实验中，待测金属丝的电阻Rx约为 5，实验室备有下列实验 器材： A电压表(量程 03V，内阻约为 15k)； B电压表(量程 015V，内阻约为 75k)； C电流表(量程 03A，内阻约为 0.2)； D电流表(量程 00.6A，内阻约为 1)； E变阻器R1(010，0.6A)； F变阻器R2(02000，0.1A)； G电源E(电动势为 3V)； H开关 S，导线若干 (
21、1)为减小实验误差，应选用的实验器材有_(填器材前面的序号) (2)为减小实验误差，应选用图 2 中_(选填“甲”或“乙”)为该实验的电路原理图， 并按所选择的电路原理图把图 3 中的实物图用线连接起来 图 2 图 3 (3)若用毫米刻度尺测得金属丝长度为 60.00cm， 用螺旋测微器测得金属丝的直径及两电表的 示数如图 4 所示，则金属丝的直径为_mm，电阻值为_. 图 4 答案 (1)ADEGH (2)乙 见解析图 (3)0.635(0.6330.637 均可) 2.4 解析 (1)由于电源的电动势为 3V，所以电压表应选 A； 被测电阻约为 5，电路中的最大电 流约为I A0.6A，
22、电流表应选 D； 根据变阻器允许通过的最大电流可知， 变阻器应选 E ； E Rx 3 5 还要选用电池组、开关和导线若干故应选用的实验器材有 ADEGH. (2)由于，应采用电流表外接法，故应选题图乙所示电路，实物连接如图所示 RV Rx Rx RA (3)从螺旋测微器可以读出金属丝的直径为 0.5mm13.50.01mm0.635mm，从电压表可以 读出电阻两端电压为 1.20V， 从电流表可以读出流过电阻的电流为 0.50A， 被测金属丝的阻值 为Rx2.4. Ux Ix 1.20 0.50 3用伏安法测量电阻R的阻值，并求出电阻率. 给定电压表(内阻约为 50k)、电流表(内阻约为 4
23、0)、滑动变阻器、电源、开关、待测电 阻(约为 250)及导线若干(要求测量电流、电压能从 0 开始调节) (1)在虚线框中画出测量R的电路图 图 5 (2)图 5 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：_. (3)求出的电阻值R_.(保留 3 位有效数字) (4)待测电阻是一均匀材料制成的圆柱体，用 50 分度的游标卡尺测量其长度与直径，结果分 别如图 6 甲、乙所示由图可知其长度为_，直径为_ 图 6 (5)由以上数据可求出_.(保留 3 位有效数字) 答案 (1)见解析图 (2)见解析 (3)229(200237 均可) (4)0.800
24、cm 0.190cm (5)8.11102m 解析 (1)由于R，应采用电流表外接法，要求测量电流、电压从 0 开始调节，滑动变RARV 阻器采用分压式接法如图所示 (2)作UI图线，图线应为过原点的直线，使直线过尽可能多的点，不在直线上的点均匀 分布在直线两侧，偏离直线较远的点(左起第 2 个点)应舍弃；求该直线的斜率k，则Rk. (3)在图象中的直线上取两点，求出R229. (4)题图甲读数l8mm00.02mm8.00mm0.800cm 题图乙读数d1mm450.02mm1.90mm0.190cm (5)由R，得m8.11102m. l S RS l 229 0.190 2 1022 0
25、.800 102 4一根细长而均匀的金属管线样品，长约 60cm，电阻约为 6，截面图如图 7 所示 (1)用螺旋测微器测量金属管线的外径，示数如图 8 所示，金属管线的外径为_mm. 图 7 图 8 (2)实验室有如下器材： A电流表(量程 0.6A，内阻约 0.1) B电流表(量程 3A，内阻约 0.03) C电压表(量程 3V，内阻约 3k) D滑动变阻器(1750，0.3A) E滑动变阻器(15，3A) F蓄电池(6V，内阻很小) G开关一个，带夹子的导线若干 要进一步精确测量金属管线样品的阻值，电流表应选_，滑动变阻器应选 _(只填代号字母) (3)将如图 9 所示的实物电路补充完整
26、 图 9 (4)金属管线样品材料的电阻率为， 通过多次测量得出金属管线的电阻为R， 金属管线的外 径为d，要想求得金属管线内形状不规则的中空部分的截面积S，在前面实验的基础上，还需 要测量的物理量是_计算中空部分截面积的表达式为S_. 答案 (1)1.1220.002 (2)A E (3)如图所示 (4)管线长度L d2 4 L R 5在“测定金属的电阻率”的实验中，需要用刻度尺测出待测金属丝的长度l，用螺旋测微 器测出金属丝的直径d，用电流表和电压表测出金属丝的电阻Rx. 图 10 (1)请写出计算金属丝电阻率的表达式_(用上述测量的字母表示) (2)若实验中测量金属丝的长度和直径时，刻度尺
27、和螺旋测微器的示数分别如图 10 所示，则 金属丝长度的测量值为l_cm，金属丝直径的测量值为d_mm. (3)用电流表和电压表测金属丝的电阻时，由于电压表、电流表内阻的影响，不论使用电流表 内接法还是电流表外接法，都会产生系统误差按如图 11 所示的电路进行测量，可以消除由 于电表内阻造成的系统误差 图 11 利用该电路进行实验的主要操作过程是： 第一步：先将R2的滑片调到最左端，单刀双掷开关 S2掷向 1 闭合，闭合开关 S1，调节滑动 变阻器R1和R2，使电压表和电流表的示数尽量大些(不超过量程)，读出此时电压表和电流表 的示数U1、I1. 第二步：保持两滑动变阻器的滑片位置不变，将单刀双掷开关 S2掷向 2 闭合，读出此时电压 表和电流表的示数U2、I2. 请写出由以上记录数据计算被测电阻Rx的表达式Rx_. 答案 (1) (2)36.50(36.4836.52 均可) 0797(0.7960.798 均可) (3) d2Rx 4l U1 I1 U2 I2