高二物理 实验七 测定金属的电阻率.docx
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高二物理实验七测定金属的电阻率
2019-2020年高二物理实验七测定金属的电阻率
【实验目的】
1.练习使用螺旋测微器;2.学会用伏安法测电阻;3.测定金属的电阻率。
【实验原理】
1.根据电阻定律有,金属的电阻率
因此,只要测出金属丝的长度l,横截面积S和导线的电阻R,就可以求出金属丝的电阻率ρ
①根据部分电路的欧姆定律可知R=U/I
只要测出金属丝两端的电压U和金属丝中的电流I,就可以测出金属丝的电阻.即用伏安法测出金属丝的电阻R
②金属丝的长度l可以用米尺测量.
③金属丝的横截面积S由金属丝的直径d算出,即S=πd2/4.由于金属丝的直径较小,因此需要用比较精密的测量长度的仪器——螺旋测微器来测量.这就是本实验的实验原理.
若用实验中直接测出的物理量来表示电阻率,则金属丝的电阻率的表达式为
2.在测定金属线的电阻时,为了防止金属线过热造成金属线的长度及电阻率的变化,因此,流过金属线的电流不宜太大.则当电流表具有0~0.6A和0~3A两种量程时,应当选用哪个量程?
如果被测金属线电阻约5Ω,电压表具有0~3V和0~15V两种量程,应当选用哪个量程?
分析:
电流表选0~0.6A
电压表选0~3V
3.在图3中,电流表选用0~0.6A量程,电压表选用0~3V量程,则各指针所指示的分别为:
I是0.35A,Ⅱ是0.50A;Ⅲ是1.20V,Ⅳ是2.00V.
(由于被测金属丝的电阻较小,一般为5Ω~10Ω,电压表3V档的内阻约为3kΩ,电流表0.6A档的内阻约为0.1Ω,所以测量电路应采用电流表外接法.为了调节金属丝两端的电压,应选用滑动变阻器,根据本实验的实际情况,可采用滑动变阻器的限流接法.)
4.图4提供测电阻所用的实验器材,请将它们用线连接成所需的实验电路;并将变阻器的滑动片移到阻值最大的位置(用“↓”表示).
5.实验中所使用的刻度尺的最小刻度是1mm,则它的测量结果可以准确到1mm,读数时应当读到0.1mm位.下图中,(A)的测量结果是0.1546m,(B)的测量结果是0.4500m.
6.螺旋测微器的构造、原理、读数方法
(1)CAI课件模拟螺旋测微器的构造:
螺旋测微器是由:
测砧A、固定刻度B、尺架C、可动刻度E、旋钮D、微调旋钮D`、测微螺杆F构成的.
(2)CAI课件模拟螺旋测微器的原理
螺旋测微器的螺距是0.5mm,可动刻度一周为50格;旋钮D每旋转一周,测微螺杆F前进或后退0.5mm.因此,旋钮D每转过l格,测微螺杆F前进或后退0.01mm.可见螺旋测微器的精确度为0.01mm.
(3)CAI课件模拟螺旋测微器的操作与读数.
使用螺旋测微器时,将被测物体放在小砧A和测微螺杆F之间,先调节旋钮D,在测微螺杆F快靠近被测物体时,改用微调旋钮D,,这样不致于在测微螺杆和被测物体之间产生过大的压力,既可以保护仪器,又能保证测量结果的准确性.当听到咔咔的声音时停止转动,并用止动螺旋止动.
读数时,被测物体长度大于o.5mm的部分在固定刻度上读出,不足o.5mm的部分在可动刻度上读出,读可动刻度示数时,还要注意估读一位数字.螺旋测微器的读数可用下面公式表示:
螺旋测微器的读数=固定刻度上的读数+可动刻度上的格数×精确度o.01mm
(4)CAI课件模拟螺旋测微器测量几种金属丝的直径,学生练习读数.A.4.365mmB.4.090mmC.0.690mmD.0.987mm
7.注意事项
⑴实验中先对测量仪器、仪表进行检查;观察电表的指针是否指在零刻度,如果有偏差,应当用小螺丝刀轻轻转动表头下方正中央的小螺丝,直到指针指在零刻度为止,或请老师帮忙调整;当螺旋测微器的测帖A和螺杆F并拢时,可动刻度E的零点应该恰好跟固定刻度B零点重合,如果不重合,就存在“零误差”,在测量时如何处理它可以向老师请教.
⑵使用螺旋测微器中,当F快要接近被测物体时,要停止使用大旋钮D,改用微调旋钮D`,这样就不至于在F和被测物体之间产生过大的压力,既可以保护仪器又能保证测量结果的准确.
⑶在连接电路之前,应当适当安排仪器的位置,做到既要方便连线,又要使经常操作的仪器(如滑动变阻器)方便操作,经常观察的仪表(如电表)便于读数.图1的排列就考虑到这个要求可供参考.
⑷连线之前应先断开开关,闭合开关之前要使滑动变阻器的滑动片位于阻值最大的位置.拆除电路时,应首先拆去电源连线,然后再拆其他连线,并整理好仪器.
⑸L、d测多次,求平均值
⑹通电电流不宜过大,时间不宜过长
【步骤规范】
实验步骤
操作规范
一.测量金属导线的直径
1.观察螺旋测微器两小砧合拢时,可动刻度上的零刻度线和固定刻度上的零刻度线是否重合,观察螺旋测微器的最小分度值
2.将金属导线放在螺旋测微器的小砧和测微螺杆之间,正确操作螺旋测微器,测出金属导线的直径
3.在金属导线的不同位置、不同方向上,再测两次,求出平均值
1.螺旋测微器的最小分度是0.01mm,应估读到0.001mm
2.⑴螺旋测微器的正确握法是:
用左手食指侧面和大拇指握住框架塑料防热片的左侧,用右手大拇指和食指旋动旋钮
⑵调节旋钮时,应先用粗调旋钮,使小砧与金属导线接近,然后改用微调旋钮推进活动小砧,当听到棘轮打滑空转并发出“咯咯”声时,才可读数
⑶读数时,先读出固定刻度上的毫米整数部分(注意半毫米刻度线是否露出),再读出可动刻度的值(如半毫米刻度线已露出,应加上0.500mm),作后读出估读值
二.用伏安法测金属导线的电阻
1.对电流表、电压表进行机械调零
2.将金属导线拉直,固定在木条上
3.按图连接电路
4.闭合电键,调节滑动变阻器,读取三组I、U值
5.计算三组I、U值对应的电阻值,取其平均值
1.若表针不在零位,用螺旋刀旋动机械调零螺钉,使其对正
2.⑴连接电路前,先布列仪器,使其位置合适,然后先电阻、后电表依次连接电路,电源最后接
⑵电键接入电路时,应处于断开位置
⑶闭合电键前,变阻器阻值应最大
⑷导线的连接处必须在接线柱上(无“丁”字形接线)
3.⑴电流表、电压表量程合适
⑵每次实验通电时间不宜过长,电流不宜过大,并应及时切断电源
⑶I、U值读数准确,有估读。
三.测量金属导线的长度
1.用毫米刻度尺测量固定在木条上连入电路中的金属导线的长度
2.以毫米刻度尺的不同起点再测两次
3.算出金属导线长度平均值
测量时,刻度尺的刻度应贴近金属导线;视线要跟尺垂直;有估读(即读出0.1mm)
四.拆除电路,仪器复原
电源必须先拆
【典型例题】
例1在“测定金属电阻率”的实验中,若被测电阻丝的长度为80.00cm,电阻约为3Ω~4Ω,在下列器材中应选用的是(写代号).
A.电压表(0~15V);B.电压表(0~3V);C.电流表(0~0.6A);D.电流表(0~3A);E.滑动变阻器(0~50Ω,2A);F滑动变阻器(0~500Ω,1A);G.电源(E=3V,r=0.2Ω);H电源(E=10V,r=lΩ);I.开关;J.导线(若干).
答案.BCEGIJ
例2测定金属电阻率的实验中,
(1)如图2(a)为测金属丝直径时螺旋测微器的示意图,则此金属丝的直径为m;
(2)如图2(b)为用伏安法测金属丝电阻的电路图,其中M为,N为;若两表示数分别如图2(C)、(d)所示,则被测金属丝的电阻R测=;(3)用以上方法测得的金属丝电阻率与其实际值比较是.(填“偏小”、“偏大”或“准确”)
答案:
(1)5.9×10-2m
(2)电流表电压表5Ω
(3)偏小
例3在测定金属丝的直径时,螺旋测微器的读数如图3所示,可知该金属丝的直径d=______×10-3m。
答案:
.0.900
例4(06四川卷)在“测定金属的电阻率”实验中,需要测量金属丝的长度和直径。
现用最小分度为1mm的米尺测量金属丝长度,图中箭头所指位置是拉直的金属丝两端在米尺上相对应的位置,测得的金属丝长度为mm。
在测量金属丝直径时,如果受条件限制,身边只有米尺1把和圆柱形铅笔1支。
如何较准确地测量金属丝的直径?
请简述测量方法:
答案:
在铅笔上紧密排绕金属丝N匝,用米尺量出该N匝金属丝的宽度D,由此可以计算得出金属丝的平均直径为D/N
实验七:
测定金属的电阻率练习
1.有一个阻值约为5kΩ的电阻,现用伏安法较准确的测定它的电阻值,可供选用的电流表量程为50mA,内阻为20Ω,电压表量程为5V,内阻为10kΩ,为减少误差,实验时应选用哪种电路为好?
()
2.在测定金属丝的电阻率实验中,用螺旋测微器测量金属丝的直径,如图所示,由图读出金属丝的直径是_________.
3.如图是伏安法测电阻的电路,其中电压表示数为100V,
电流表示数为0.4A,由此得出的电阻值为_________Ω。
若电
压表的内阻为1250Ω,则被测电阻的真实值应为________Ω。
4.用零点准确的螺旋测微器测量某物长度,被测物的长度如图4
(1)可读为___________,
图4
(2)可读为_____________.
5.图5为用伏安法测量一个定值电阻阻值的实验所需的器材实物图,器材规格如下:
(1)待测电阻Rx(约100Ω);
(2)直流毫安表(量程0~10毫安,内阻50Ω)
(3)直流电压表(量程0~3V,内阻5kΩ);
(4)直流电源(输出电压4V,内阻可不计);
(5)滑动变阻器(阻值范围0~15Ω,允许最大电流1A);
(6)电键一个,导线若干条.
根据器材的规格和实验要求,在本题的实物图上连线.
6.如图6,a、b、c、d是滑动变阻器的四个接线柱.现把此变阻器串联接入电路中,并要求滑片向c移动时,电路中电流减小.则接入电路的接线柱可能是[]
A.a和bB.a和cC.b和cD.b和d
7.如图7千分尺的读数应是___________mm.
8.如右图8所示为螺旋测微器测量小球的直径时的示数,这个小球的直径应是_________mm.
9.在“测定金属电阻率”的实验中,用千分尺测量金属丝的直径,利用伏安法测量金属丝的电阻,千分尺示数及电流表、电压表的示数都如图9所示,则可读出该金属丝的直径是_________mm,金属丝的电阻值_________Ω(本空要求两位有效数字)。
除此以外,还需要测量的物理量是_________.
图
10.某学生准备用伏安法测定一个未知电阻的阻值,实验中他的实物接线如图10所示.
(1)指出该学生实物接线中的错误;
(2)根据纠正错误以后的实物接线图,画出与之对应的原理电路图.
11.用伏安法测一个未知电阻Rx的阻值.已知Rx约为200Ω.
所用仪器规格如下:
电压表(15V,15kΩ);电流表(0.6A,0.1Ω);
变阻器R1:
(0~500Ω);变阻器R2:
(0~20Ω);合适的电源以及电键、导线等.
(1)画出实验电路图.
(2)要求调节滑动变阻器使电路中电流强度变化较明显,应选用哪一个变阻器?
答:
____________________________________________.
(3)按上述电路测得的Rx值比真实值________________.
12.用伏安法测一段金属丝的电阻,所用的仪器如图12所示,其中电压表的内阻约2KΩ,电流表的内阻约1Ω,滑动变阻器标有10Ω、1A,蓄电池的电动势6.0V,内电阻0.2Ω。
测得的数据如表所示:
在坐标图上按所给的标度做出I-U图象,并计算出电阻的大小是______.在图中将所给的器件用铅笔线代表导线连成实验电路。
13.某同学在做测定小灯泡功率的实验中得到如下一组U和I的数据:
①在右图上画出I-U图线.
②从图线上可以看出,当功率逐渐增大时,灯丝电阻的变化情况是:
________________________________________________________.
③这表明导体的电阻随温度升___.
14.在测定金属的电阻率的实验中:
(1)用螺旋测微器测金属丝的直径如图所示,则该金属丝的直径为___mm.
(2)已知电阻丝的电阻约为10Ω,现备有下列器材供测量该电阻丝
电阻时选用,应选用的器材有________________.(只填代号)
A.量程是0.6A、内阻为0.5Ω的安培计B.量程是3A、内阻为0.1Ω的安培计
C.量程是3V、内阻为6kΩ的伏特计D.量程是15V、内阻为30kΩ的伏特计
E.阻值为0-1kΩ,额定电流为0.5A的滑动变阻器
F.阻值为0-20Ω,额定电流为2A的滑动变阻器
G.蓄电池(6V)H.开关一个,导线若干
(3)在下面虚线框内画出用伏安法测上述电阻丝电阻的电路图。
15.用伏安法较准确地测定一个待测电阻Rx(约200Ω)的阻值,可供选择的器材有
A.毫安表(0—10mA,内阻50Ω)B.安培表(0—0.6A,内阻0.5Ω)
C.伏特表(0—3V,内阻5kΩ)D.伏特表(0—15V,内阻20kΩ)
E.电源(6V,内阻不计)F.滑动变阻器(0—20Ω,允许最大电流1A)
G.电键一个,导线若干。
(1)上述器材中,电流表应选用________;电压表应选用________。
(填写各电表的字母代号)
(2)根据器材的规格和实验要求,在本题的实物图上连线。
16.(96上海)图16所示,P是一根表面均匀的镀有很薄的发热电阻膜的长陶瓷
管(其长度L为50cm左右,直径D为10cm左右),镀膜材料的电阻率ρ已知,管的两端有导电箍MN.现给米尺、电压表V、电流表A、电源E、滑动变阻器R、电键S和若干导线,请设计一个测定膜层厚度d的试验方案。
⑴实验中应测定的物理量是。
⑵在虚线框内用符号画出测量电路图。
⑶计算膜层厚度的公式是。
实验七:
测定金属的电阻率答案
1.B2.0.800mm3.250,312.54.2.048mm;4.605mm
5.图略.65.150(±0.002都算对)
7.1.40014.3金属丝的长度8.CD
9.2.700
10.D;C;外
11.DE(电流表外接、滑线变阻器接分压电路)
电路接线图略.
12.①见图(从原点画起不扣分)
②开始不变,后来逐渐增大
③增大
13.如图所示(2分)
5.2Ω(2分)
电路图略(3分)
说明:
电阻值无单位或只给1位有效数字的扣1分;电路图连接中滑动变阻器要采用分压式连接,电流表要外接,电表正负接线要正确。
14.0.350;ACFGH;电路图略(8分)
15.
(1)B;D
(2)
16.
(1)LDUI;
(2)略(3)d=LρI/πDU
2019-2020年高二物理实验八把电流表改装成电压表
【实验目的】
1.掌握半偏法测电流表内阻的实验方法;
2.了解电压表的改装过程和原理。
【实验原理】
1.将一只满偏电流为Ig的电流表改装为量程为U的电压表,由图5-1可知,只须将电流表串联一个分压电阻R。
由于Ig=U/(Rg+R),故分压电阻可由下式计算R=U/Ig-Rg
因此,必须先测出该电流表的内阻Rg。
2.如图2所示是用半偏法测电流表内阻的电路图。
断开S2,接通S1,调节可变电阻R,使电流表指针偏转到满刻度(满偏)。
再接通S2,当满足条件R>>Rg,则可认为接通S1后干路中的电流不变,调节电阻箱R′的阻值,使电流表指针偏转到满刻度的一半(半偏),则有Rg=R′,由此可从电阻箱的示数读出电流表的内阻Rg。
可变电阻R的选择依据是:
当Ig、Rg、E给定时,由全电路欧姆定律,有R=E/Ig-r-Rg(由于通常r+Rg< )同时还必须满足R>>Rg的条件(实际使用时R≥100Rg即可)。 图2 为直接读取可变电阻R′的准确值,R′应选用电阻箱,且电阻箱的最大阻值应大于电流表内阻的估计值。 3.改装后的电压表的校准: 实验电路如图3所示。 【步骤规范】 实验步骤 操作规范 一、测定电流表的内阻 1.观察电流表的满偏电流值(或查阅电流表说明书),并将电流表的刻度值记在图5-3所示的刻度盘的下方。 图5-3 2.对电流表进行机械调零 3.按图5-2连接电路 4.测量电流表内阻 (1)断开S2,接通K1,调节R使电流表满偏 (2)接通S2,调节R′到电流表半偏 (3)记下R′值,即为电流表的内阻 (4)切断电源、拆除电路 1.若表针不在零位,用螺丝刀旋动机械调零螺钉,使其正对。 2. (1)连接电路前先辨明电流表的正负接线柱,并布列好仪器,使位置合适,方便实验。 (2)依次序接线,最后接通电路前,电键S1断开,可变电阻R置于阻值最大位置 3. (1)R由大到小慢慢调节,使电流表指针偏角平稳地增大到满偏,通过电流表的电流不超过量程。 若变阻器R调至最大后,试触S1还超过了电流表量程,则应再串联一个定值电阻或降低电源电压 (2)在闭合S2调节R′至电流表半偏的过程中,应保持R的阻值不变 (3)读出R′后即暂时切断电源 (4)全部测量完成无误后,再拆去电路 二、将电流表改装为电压表 1.由式R=U/Ig-Rg求出将电流表改装为量程为U(一般可取U=3V,或由教师给定)的电压表所需串联的附加电阻R 2.在电阻箱上取电阻R,并串联在电流表上,即组装成如图5-1所示的量程为U的电压表 3.作出改装好的电压表表头刻度盘的示意图,确认它的最小分度值 1.确认附加电阻的计算无误 2.阻值为R的电阻箱与电流表串联。 3.将改装后电压表的刻度值记在图5-3所示的刻度盘上,并适当分度。 4.附加电阻R(电阻箱)的值一经确定,就不能再变。 三.把改装好的电压表与标准电压表进行校对 1.按图3所示电路进行连接,其中V是是标准电压表 2.改变变阻器R2滑片位置,使V的示数分别为0.5V、1V、1.5V、2V,并核对改装的电压表的示数是否正确 图3 1.合上电键S前,变阻器R2的滑片应置于图5-4中的最左端 2.核对时要注意搞清楚改装后电流表刻度盘上每一小格表示多大电压 四.拆除电路,仪器复原。 【注意事项】 1.本实验比较复杂,因此先必须把实验步骤确定好: 第一步测Rg;第二步: 计算分压电阻R1;第三步校对改装后的伏特表. 2.测电流表的内阻时,闭合S1前,变阻器R应调至电阻最大值,以免闭合S1后通过电流表电流过大,而损坏电流表.若变阻器调至最大后,试触S1还超过了电流表量程,则应再串联一个定值电阻或降低电源电压. 3.S2闭合后,在调节R’时,不能再改变R的阻值,否则将改变电路的总电流,从而影响实验的精确度. 4.在校准电路中,要对改装表从零到满量程校准,所以变阻器必须采用分压式接法. 【典型例题】 例1(01年)实验室中现有器材如实物图1所示,有: 电池E,电动势约10V,内阻约lΩ; 电流表A1,量程10A内阻r1约为0.2Ω; 电流表A2,量程300mA,内阻r2约为5Ω; 电流表A3,量程250mA,内阻r3约为5Ω; 电阻箱R1,最大阻值999.9Ω,阻值最小改变量为0.lΩ; 滑线变阻器R2,最大阻值100Ω; 开关S,导线若干. 要求用图2所示的电路测定图中电流表A的内阻. (1)在所给的三个电流表中,哪几个可用此电路精确测出其内阻? (2)在可测的电流表中任选一个作为测量对象,在实物图上连成测量电路. (3)你要读出的物理量是 用这些物理量表示待测内阻的计算公式是 答案: (1)A2、A3; (2)略(3)若测电流表A3的内阻r3,A2、A3两电流表的读数I2、I3和电阻箱R1的阻值Rx,r3=(I2+I3)RX/I3 例2(91上海)用半偏法测电流表G的内阻Rg.如图2所示。 下列说法中正确的是 A.电键S1接通前,R必须调节到高阻值处 B.电键S2接通前,R,阻值无需调节 C.当电流表的示数从满偏电流Ig调到半偏电流Ig/2时,R,中电流强度稍大于Ig/2 D.R阻值的大小对实验误差没有影响 答案: .ABC 例3(06全国I)现要测量某一电压表 的内阻。 给定的器材有: 待测电压表 (量程2V,内阻约4kΩ);电流表 (量程1.2mA,内阻约500Ω);直流电源E(电动势约2.4V,内阻不计);固定电阻3个;R1=4000Ω,R2=10000Ω,R3=15000Ω;电键S及导线若干。 要求测量时两电表指针偏转均超过其量程的一半。 Ⅰ.试从3个固定电阻中选用1个,与其它器材一起组成测量电路,并在虚线框内画出测量电路的原理图。 (要求电路中各器材用题中给定的符号标出。 ) Ⅱ.电路接通后,若电压表读数为U,电流表读数为I,则电压表内阻RV=。 答案: Ⅰ.电路如图 Ⅱ. 例4(05)将满偏电流Ig=300μA.内阻未知的电流表 改装成电压表并进行核对. (1)利用如图所示的电路测量电流表 的内阻(图中电源的电动势E=4V): 先闭合S1,调节R,使电流表指针偏转到满刻度;再闭合S2,保持R不变,调节R′,使电流表指针偏转到满刻度的2/3,读出此时R′的阻值为200Ω,则电流表内阻的测量值Rg=Ω. (2)将该表改装成量程为3V的电压表,需 (填“串联”或“并联”)阻值为R0= Ω的电阻. (3)把改装好的电压表与标准电压表进行核对,试在答题卡上画出实验电路图和实物连接图. 答案: (1)100 (2)串联9900(3) 例5。 (05全国Ⅲ)(l)用螺旋测微器测圆柱体的直径时,示数如图所示,此示数为_______m (2)利用图中给定的器材测量电压表V的内阻Rv。 图中B为电源(内阻可忽略不计),R为电阻箱,K为电键。 ①将图中实物连接为测量所用的电路。 ②写出实验中必须记录的数据(用符号表示),并指出各符号的意义: _____________。 ③用②中记录的数据表示RV的公式为RV=___________。 答案: 8.116(5分,在8.116±0.002范围内都给5分) ①连线如图所示。 ②R1.R2,它们是电阻箱的两次读数;U1.U2,它们是相应的电 压表的两次读数。 ③ 实验八: 把电流表改装成电压表练习 1、关于伏特表 A、它是利用串联电路中电阻分压的原理,将电流表串联分压电阻改装成的 B、如果要将量程扩大n倍,则所串的分压电阻应是电流表内阻的n倍 C、用同一表头做成的伏特表,伏特表的量程越大,其内阻越大 D、当用伏特表测某电路两端电压时,测量值总是小于真实值 2、关于安培表 A、它是利用串联电路中电阻分压的原理,将电流表串联分压电阻改装成的 B、如果要将量程扩大n倍,则并联的分流电阻应是电流表内阻的(n-1)倍 C、安培表的内阻越小,测量值越接近真实值 D、当安培表测某电路的电流强度,测量值总是大于真实值 3、一个毫伏表,它的内阻是100Ω,量程是200mv,把它改装成为量程为10
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