《2018-2019學年高中物理 第二章 恒定電流 2.12 實驗 測定金屬的電阻率課件 新人教版選修3-1.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2018-2019學年高中物理 第二章 恒定電流 2.12 實驗 測定金屬的電阻率課件 新人教版選修3-1.ppt（47頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、12實驗：測定金屬的電阻率,【實驗目的】1.掌握螺旋測微器、游標卡尺的原理及讀數(shù)方法。2.練習使用電流表、電壓表及伏安法測電阻。3.測定金屬的電阻率。,【實驗原理】1.游標卡尺：(1)構(gòu)造：如圖所示。,(2)原理。①10分度游標卡尺的原理如圖甲所示，主尺的最小分度是1mm，游標尺上有10個小的等分刻度，它們的總長度等于9mm，因此游標尺的每一分度與主尺的最小分度相差0.1mm，當左右測量爪合在一起，游標尺的零刻度線與主尺的零刻度線重合時，只有游標尺的第10條刻度線與主尺的9mm,,刻度線重合，其余的刻度線都不重合。游標尺的第一條刻度線在主尺的1mm刻度左邊0.1mm處，游標尺的第二條刻度線在主
2、尺的2mm刻度左邊0.2mm處等等。若游標尺的第n條刻度線與主尺的刻度線重合，則毫米以下的讀數(shù)就等于0.1n毫米。,,②20分度游標卡尺的原理,,如圖乙所示，主尺的最小分度是1mm，游標尺上有20個小的等分刻度，它們的總長度等于19mm，因此游標尺的每一個分度與主尺的最小分度相差0.05mm，當左右測量爪合在一起，游標尺的零刻度線與主尺的零刻度線重合時，只有游標尺的第20條刻度線與主尺的19mm刻度線重合，其余的刻度線都不重合。游標尺的第一條刻度線在主尺的1mm刻度左邊0.05mm處，游標,,尺的第二條刻度線在主尺的2mm刻度左邊0.1mm處等等。若游標尺的第n條刻度線與主尺的刻度線重合，則毫
3、米以下的讀數(shù)就等于0.05n毫米。,,③50分度游標卡尺的原理如圖丙所示，主尺的最小分度是1mm，游標尺上有50個小的等分刻度，它們的總長度等于49mm，因此游標尺的每一分度與主尺的最小分度相差0.02mm，當左右測量爪合在一起，游標尺的零刻度線與主尺的零刻度線重合時，只有游標尺的第50條刻度線與主尺的49mm刻度線重合，其余的刻度線都不重合。游標尺的第一,,條刻度線在主尺的1mm刻度左邊0.02mm處，游標尺的第二條刻度線在主尺的2mm刻度左邊0.04mm處等等。若游標尺的第n條刻度線與主尺的刻度線重合，則毫米以下的讀數(shù)就等于0.02n毫米。,,(3)讀數(shù)規(guī)則。整毫米數(shù)由主尺讀出；小數(shù)部分由
4、游標尺和主尺讀出：若用X表示由主尺上讀出整的毫米數(shù)，n表示從游標尺上讀出與主尺上某一刻度線對齊的游標的格數(shù)，則記錄結(jié)果表示為：(X+n精確度)mm。,,2.螺旋測微器(千分尺)：(1)構(gòu)造：如圖所示是常用的螺旋測微器，它的測砧A和固定刻度B固定在框架C上，旋鈕D、微調(diào)旋鈕D′和可動刻度E、測微螺桿F連在一起，通過精密螺紋套在B上。,,(2)設計原理。①螺旋測微器是一種比游標卡尺更精密的測量長度的儀器。用它測量長度可以準確到0.01mm。精密螺紋的螺距是0.05mm，即每旋轉(zhuǎn)一周，測微螺桿前進或后退0.5mm。,,②可動刻度分為50等份，每一等份表示0.01mm，即可動刻度每轉(zhuǎn)過一等份，F(xiàn)前進或
5、后退0.01mm。因此，從可動刻度旋轉(zhuǎn)了多少等份就知道長度變化了多少個0.01mm。③螺旋測微器測量長度可準確到0.01mm。螺旋測微器的量程一般為0～25mm。,,(3)讀數(shù)。①測量時被測物體長度整毫米數(shù)由固定刻度讀出，小數(shù)部分由可動刻度讀出。讀數(shù)時要注意固定刻度上表示半毫米的刻度線是否已經(jīng)露出。②具體做法是：看可動刻度上的第幾條刻度線與固定刻度上的橫線重合，從而讀出可動刻度示數(shù)(注意估讀千分位的值)。,,③可用公式表示：測量長度=固定刻度示數(shù)+可動刻度示數(shù)精確度(注意單位為毫米)。,,3.電阻率的測定原理：(1)把金屬絲接入電路中，用伏安法測金屬絲的電阻，Rx=，電路原理如圖所示。(2)用
6、毫米刻度尺測金屬絲接入電路部分的長度l，用螺旋測微器(或游標卡尺)測得金屬絲的直徑d，算出橫截面積S=πd2。,,(3)根據(jù)電阻定律R=，得金屬絲電阻率ρ=。,,【實驗器材】毫米刻度尺、螺旋測微器、直流電流表和直流電壓表、滑動變阻器(阻值范圍0～50Ω)、電池組、開關(guān)、被測金屬絲、導線若干。,【實驗過程】一、實驗步驟1.測直徑：用螺旋測微器(或游標卡尺)在被測金屬導線上三個不同位置各測一次直徑，并記錄。2.連電路：按如圖所示的電路圖連接實驗電路。,,3.量長度：用毫米刻度尺測量接入電路中的被測金屬導線的有效長度，反復測量3次，并記錄。4.求電阻：把滑動變阻器的滑動觸頭調(diào)節(jié)到使接入電路中的電阻值
7、最大的位置，電路經(jīng)檢查確認無誤后，閉合開關(guān)S。改變滑動變阻器滑動觸頭的位置，讀出幾組相應的電流表、電壓表的示數(shù)I和U的值，記入表格內(nèi)，斷開開關(guān)S。,,5.拆除實驗電路，整理好實驗器材。二、數(shù)據(jù)處理1.在求Rx的平均值時可用兩種方法：(1)用Rx=分別算出各次的數(shù)值，再取平均值。(2)用U-I圖線的斜率求出。2.計算電阻率：將記錄的數(shù)據(jù)U、I、l、d的值代入電阻率計算式ρ=。,,【實驗探究】1.在用伏安法測電阻時，為什么通過待測導線的電流強度不宜過大，通電時間不宜過長？提示：電流過大，通電時間過長，會使金屬導線的溫度明顯升高，造成其電阻率在實驗過程中逐漸增大，出現(xiàn)誤差。,,2.在實驗中被測金屬導
8、線的電阻較小，為減小誤差，電流表應該如何接入電路？采用這種接法測得的電阻率是否準確？為什么？,,提示：采用電流表外接法不準確因為采用電流表外接法，測出的電壓準確，而電流表的測量值比金屬導線中的電流大，由ρ=可知，ρ的測量值偏小。,,3.為了減小實驗誤差，還應注意哪些問題？提示：(1)為了減小計算金屬絲橫截面積時帶來的誤差，測量直徑時需用螺旋測微器在金屬絲的三個不同位置各測量一次，然后取平均值。(2)測量金屬絲的長度時應該在接入電路后且在拉直的狀態(tài)下進行，為減小誤差，應測量三次取平均值。,,(3)若利用U-I圖象求電阻，進行描點時，要盡量使各點間的距離大一些，連線時應使直線通過盡可能多的點，不在
9、直線上的點均勻分布在直線的兩側(cè)，個別明顯偏離直線的點可以不予考慮。(4)閉合開關(guān)S之前，一定要使滑動變阻器的滑片處在有效電阻最大的位置。(5)螺旋測微器讀數(shù)時，注意半毫米刻度線是否露出。,類型1實驗儀器的讀數(shù)【典例1】(1)用螺旋測微器測量圓柱體的直徑時，示數(shù)如圖甲所示，此示數(shù)為________mm。(2)用游標卡尺測量某物體的厚度時，示數(shù)如圖乙所示，此示數(shù)為__________mm。,,【解析】(1)螺旋測微器的讀數(shù)=固定刻度讀數(shù)+可動刻度讀數(shù)，題中螺旋測微器的固定刻度讀數(shù)為8mm，可動刻度讀數(shù)為47.00.01mm=0.470mm，所以讀數(shù)為8mm+0.470mm=8.470mm。(2)游
10、標卡尺的讀數(shù)=主尺讀數(shù)(整毫米數(shù))+游標尺讀數(shù)(對齊條數(shù)精度)，題中游標卡尺的主尺部分的讀數(shù)為20mm，對齊條數(shù)為第12條，20分度的游標卡尺的精,,度為0.05mm，所以讀數(shù)為20mm+120.05mm=20.60mm。答案：(1)8.470(2)20.60,,類型2實驗原理與操作【典例2】利用螺旋測微器、米尺和圖甲所示的器材(其中電流表的內(nèi)阻為1Ω，電壓表的內(nèi)阻為5kΩ)測量一根粗細均勻的阻值約為5Ω的金屬絲的電阻率。,,(1)用筆畫線代替導線，將圖甲中的器材連接成實物電路，要求連線盡量避免交叉，電流表、電壓表選擇合適的量程(已知電源電壓為6V，滑動變阻器的阻值為0～20Ω)。,,(2)實
11、驗時，用螺旋測微器測量金屬絲的直徑和用米尺測量金屬絲的長度的示數(shù)如圖乙所示，電流表、電壓表的讀數(shù)如圖丙所示。由圖可以讀出金屬絲兩端的電壓U=________，流過金屬絲的電流強度I=_______，金屬絲的長度l=_______，金屬絲的直徑d=_________。,,(3)該金屬絲的電阻率是__________________(保留兩位有效數(shù)字)。,,【解析】(1)由于金屬絲的電阻比電壓表的內(nèi)阻小得多，因此采用電流表外接法；由于金屬絲的電阻比滑動變阻器的總電阻要小，因此采用限流式接法，為了保證滑動變阻器起限流作用，滑動變阻器應該連接“A(B)、C”或“A(B)、D”幾個接線柱；具體連線如圖所
12、示。,(2)由圖可以看出：電壓表的量程是0～3V，所以讀數(shù)是2.20V；電流表的量程是0～0.6A，所以讀數(shù)是0.44A；由于螺旋測微器的半毫米刻度線已經(jīng)露出，因此讀數(shù)是1.85010-3m；米尺的讀數(shù)是40.50cm-10.00cm=30.50cm。,,(3)由電阻定律得答案：(1)見解析圖(2)2.20V0.44A30.50cm1.85010-3m(3)4.410-5Ωm,,類型實驗設計與實物連線【典例】有一根細長而均勻的金屬材料樣品，截面為外方(正方形)內(nèi)圓，如圖所示。此金屬材料質(zhì)量約為0.1～0.2kg，長約為30cm，電阻約為10Ω。已知這種金屬的電阻率為ρ，密度為ρ0。因管線內(nèi)徑太
13、小，無法直接測量，請根據(jù)下列提供的實驗器材，設計一個實驗方案測量其內(nèi)徑d。,,A.毫米刻度尺B.螺旋測微器C.電流表(600mA約1Ω)D.電流表(3A約0.1Ω)E.電壓表(3V約6kΩ)F.滑動變阻器(2kΩ0.5A),,G.滑動變阻器(10Ω2A)H.直流穩(wěn)壓電源(6V0.05Ω)I.開關(guān)一個，帶夾子的導線若干(1)除待測金屬材料外，應選用的實驗器材有________(只填代號字母)。,,(2)畫出你所設計方案的實驗電路圖，并把所選儀器連成實際測量電路。,,(3)用已知的物理常量和所測得的物理量，推導出計算金屬管線內(nèi)徑d的表達式。,,【解析】(1)要測材料的電阻則E、H、I是必選，毫米刻度尺測量材料的長度，選A；螺旋測微器測材料截面正方形邊長，選B；估算電路中的最大電流I==0.6A，若選用電流表D，則指針偏角達不到量程的，故選電流表C；若選用滑動變阻器F，則無法調(diào)節(jié)，因此應用滑動變阻器G。所選器材為A、B、C、E、G、H、I。,,(2)由于待測材料的電阻R≈10Ω<，故電流表應用外接法；選滑動變阻器G后，限流作用不大，采用分壓接法，據(jù)此可畫出相應的電路圖和實物圖。,,(3)設長度為l，截面外邊長為a，電壓為U，電流強度為I。,答案：(1)A、B、C、E、G、H、I(2)如圖所示(3),
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