沪科版高中物理选修3-1课件:第3章 实验:测定金属的电阻率

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1、第3章,学案7 实验:测定金属的电阻率,目标定位 1.进一步掌握用伏安法测电阻的电路的设计思想. 2.掌握螺旋测微器的读数方法. 3.掌握测定金属电阻率的实验原理、实验过程及数据处理方法,内容索引,知识探究,达标检测,知识探究,1,一、螺旋测微器的读数原理 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、微调旋钮D是与测微螺杆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0.5 mm,即旋钮D每转一周,测微螺杆F前进或后退 mm,可动刻度分成50等份,每一等份表示 .,图1,0.5,0.01 mm,2.使用方法:当A与F并拢时,可动刻度E的零点恰好

2、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,再顺时针旋转旋钮D,使A、F正好接触被测物.在使用时,F快要接触被测物时,要停止使用旋钮D,改用微调旋钮D. 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 (1)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,不能省略. (2)在读数时注意半毫米刻度线是否已露出.,二、实验操作,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2所示. (2)用 测出金属丝的长度L,用 测出金属丝的直径d,算出横截面积S(S_).,图2,毫

3、米刻度尺,螺旋测微器,2.实验器材 螺旋测微器、 、电压表、电流表、定值电阻、开关及导线、被测金属导线、电池、 . 3.实验步骤 (1)测直径:用螺旋测微器在被测金属导线上三个不同位置各测一次直径,并记录. (2)连电路:按如图2所示的电路图连接实验电路. (3)量长度:用 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,并记录.,毫米刻度尺,滑动变阻器,毫米刻度尺,(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

4、,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,再求出电阻的作为测量结果. (2)图像法:可建立IU坐标系,将测量的U、I值描点作出图像,利用图像的 来求出电阻值R.,最大,平均值,斜率,5.实验注意事项 (1)因一般金属导线电阻较小,为了减小实验的系统误差,必须选择电流表 法. (2)本实验用限流式接法,在接通电源之前应将滑动变阻器调到阻值状态. (3)测量L时应测接入电路的金属导线的 长度(即两接线柱之间的长度);在金属导线的3个不同位置上用螺旋测微器测量直径d. (4)电流不宜过 (电流表用00.6 A量程),通电

5、时间不宜 ,以免电阻率因温度升高而变化.,外接,最大,有效,大,太长,一、仪器的选择和电路的设计 例1 在测定金属的电阻率的实验中,可供选用的器材如下: 待测金属丝:Rx(阻值约4 ,额定电流约0.5 A); 电压表:V(量程3 V,内阻约3 k); 电流表:A1(量程0.6 A,内阻约0.2 ); A2(量程3 A,内阻约0.05 ); 电源:E1(电源电压为3 V); E2(电源电压为12 V); 滑动变阻器:R(最大阻值约20 ); 螺旋测微器;毫米刻度尺;开关S;导线.,(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径,示数如图3所示,读数为_mm.,1.774(1.7721.776均正确),答案,

6、解析,图3,螺旋测微器的读数为: 1.5 mm27.40.01 mm1.774 mm.,(2)若滑动变阻器采用限流式接法,为使测量尽量精确,电流表应选_,电源应选_(均填器材代号),在虚线框中完成电路原理图.,A1 E1 见解析图,答案,解析,螺旋测微器的读数为: 1.5 mm27.40.01 mm1.774 mm.,在用伏安法测电阻的实验中,为使测量尽量精确,则电流表、电压表指针需达到半偏以上,又因待测金属丝的额定电流为0.5 A,所以电流表选A1,电源选E1即可.电路原理图如图所示.,二、数据处理和实物图的连线 例2 利用螺旋测微器、米尺和如图4所示的器材(其中电流表的内阻为1 ,电压表的

7、内阻为5 k)测量一根粗细均匀的阻值约为5 的金属丝的电阻率. (1)用笔画线代替导线,将图5中的器材连接成实物电路,要求连线不能交叉,电流表、电压表应该选择合适的量程(已知电源的电动势为6 V,滑动变阻器的阻值为020 ).,图4,图5,图6,答案,解析,见解析图,由于金属丝的电阻比电压表的内阻小得多,因此采用电流表外接法;由于金属丝的电阻比滑动变阻器的总电阻要小,因此采用限流式接法,为了保证滑动变阻器起限流作用,滑动变阻器应该连接“B、C”、“A、D”、“A、C”或“B、D”接线柱;由题图可以看出电流表应该连接“”接线柱和“0.6”接线柱,具体连线如图所示.,(2)实验时,用螺旋测微器测量

8、金属丝的直径和用米尺测量金属丝的长度示数如图5所示,电流表、电压表的读数如图6所示.则金属丝两端的电压U_,电流I_,金属丝的长度L_,直径d_.,2.20 V,答案,解析,由所连电路图可以看出:电压表的量程是3 V,所以读数是2.20 V;电流表的量程是0.6 A,所以读数是0.44 A;由于螺旋测微器的半毫米刻度线已经露出,因此读数是1.850103 m;米尺的读数是40.50 cm10.00 cm30.50 cm.,0.44 A,30.50 cm,1.850103 m,(3)该金属丝的电阻率是_.(保留两位有效数字),答案,解析,4.4105 m,达标检测,2,在“测定金属的电阻率”的实

9、验中,用螺旋测微器测量金属丝直径时的刻度位置如图7所示,用毫米刻度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.,图7,从螺旋测微器的固定刻度上可以看出,半毫米刻度线已经露出来,因此主尺上应读0.5 mm,可动刻度上接近第18个刻度线,可以估读0.180 mm,所以该金属丝直径应为0.5 mm0.180 mm0.680 mm.,答案,解析,0.680,(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03 V,内阻10 k B.电压表015 V,内阻50 k C.

10、电流表00.6 A,内阻0.05 D.电流表03 A,内阻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_,滑动变阻器应选_.(填序号),答案,解析,A,C,E,由电路图知电源是两节干电池,电动势是3 V,用3 V量程的电压表A;因为电阻丝的电阻大约为5 ,如果把3 V的电动势全加在电阻丝上,电流才是0.6 A,因此用量程是0.6 A的电流表C;此题中金属丝的电阻大约为5 ,为了减小实验误差,应选10 的滑动变阻器E.,实验中某同学的实物接线如图8所示,请指出该同学实物接线中的两处明显错误.,图8,错误1: _; 错误2:_.,导线连接在滑动变阻器的滑片上,采用了电流表内接法,答案,本课结束,

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