第3章 实验一：测定金属的电阻率-2021-2022学年高中物理选修3-1【名师导航】同步Word教参(鲁科版)

实验一：测定金属的电阻率 [学习目标]　1.通过观察螺旋测微器的结构，掌握螺旋测微器的原理及读数方法。(科学方法)2.练习使用电流表、电压表及伏安法测电阻。(物理观念)3.用伏安法测定金属的电阻率。(科学探究) 一、实验原理和方法 1．用毫米刻度尺测一段金属丝导线的长度 l，用螺旋测微器测导线的直径d，用伏安法测导线的电阻R，由R＝ρ，得ρ＝＝。 2．用伏安法测电阻，其原理为I＝，则R＝，即测出导体两端的电压和通过的电流，便可计算出导体的电阻。但在测量中通常有两种方式，即电流表的内接法与外接法。 (1)电流表内、外接法的比较 内接法 外接法 电路图 误差原因 电流表分压U测＝Ux＋UA 电压表分流I测＝Ix＋IV 电阻测量值 R测＝＝Rx＋RA>Rx测量值大于真实值 R测＝＝<Rx测量值小于真实值 适用条件 Rx≫RA Rx≪RV (2)两种接法的选择 ①比较法 (ⅰ)若Rx≪RV，说明电压表的分流作用较弱，应用电流表外接法； (ⅱ)若Rx≫RA，说明电流表的分压作用较弱，应选用电流表内接法。 ②比值法 (ⅰ)若>，应选用电流表内接法； (ⅱ)若<，应选用电流表外接法； (ⅲ)若＝，两种方法均可。 3．螺旋测微器的原理及应用 (1)结构：如图所示，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′、测微螺杆F是连在一起的，通过精密螺纹套在B上。 (2)测量原理 螺旋测微器的螺距是0.5 mm，螺栓上可动刻度一周为50格，当螺栓每转一周时，前进(或后退)一个螺距0.5 mm。若螺栓每转过1格，前进(或后退)0.01 mm，因此螺旋测微器的精确度为0.01 mm。 (3)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，先使用粗调旋钮D，在测微螺杆F快靠近被测物体时，改用微调旋钮D′，听到咔咔声音停止转动，并用止动旋钮止动，然后读数。读数时，在固定刻度尺上读出大于0.5 mm的部分，在可动刻度上读出不足0.5 mm的部分，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式表示：螺旋测微器的读数＝固定尺上的读数＋可动尺上的读数×精确度。如图所示，读数为6.5 mm＋0.01×20.3 mm＝6.703 mm。 二、实验器材 被测金属丝、米尺、螺旋测微器、电压表、电流表、直流电源、开关、滑动变阻器和导线若干。 三、实验步骤 1．用螺旋测微器在导线的三个不同位置上各测一次，并记录。 2．将金属丝两端固定在接线柱上悬空挂直，用毫米刻度尺测量接入电路的金属丝长度l(即有效长度)，反复测量三次，并记录。 3．依照如图所示的电路图用导线把器材连好，并把滑动变阻器的阻值调至最大。 4．电路经检查无误后，闭合开关S，改变滑动变阻器滑动片的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值，记入记录表格内，断开开关S。 5．拆去实验线路，整理好实验器材。 四、数据处理 1．根据记录结果，计算出金属丝的直径d和长度l的平均值。 2．根据记录的I、U值，计算出金属丝的平均电阻值R。 3．将测得的R、l、d的值，代入电阻率计算公式ρ＝＝中，计算出金属丝的电阻率。 五、误差分析 1．直径和长度的测量造成偶然误差，应采取多次测量取平均值的方法减小误差。 2．电压表、电流表读数造成偶然误差。读数时，视线垂直于表盘，可减小误差。 3．测量电路中电压表、电流表的接法对金属丝电阻测量造成系统误差，由于电路采用电流表外接法，造成电阻的测量值偏小。 4．通过电流过大，时间过长，使金属丝发热导致电阻率变大而引起误差。 六、注意事项 1．导线的长度是连入电路的导线的有效长度(而不是金属丝的总长度)。 2．由于被测金属导线的阻值较小，为了减小测量误差，应选用电流表外接法。 3．测电阻时，电流不宜过大，通电时间不宜太长。 4．为准确求出R的平均值，应采用UI图象法求电阻。 【例1】　现在要测量一段电阻丝的电阻率ρ，其阻值Rx约为0.5 Ω，允许通过的最大电流为0.5 A。现有如下器材可供选择： 电流表A(量程0.6 A，内阻约为0.6 Ω) 电压表V(量程3 V，内阻约为3 kΩ) 待测电阻丝Rx(阻值约为0.5 Ω) 标准电阻R0(阻值5 Ω) 滑动变阻器R1(0～5 Ω，2 A) 滑动变阻器R2(0～200 Ω，1.5 A) 直流电源E(E＝6 V，内阻不计) 开关S、导线若干 (1)如图为四位同学分别设计的测量电路的一部分，你认为合理的是________。 A　　　　　　　B C　　　　　　　D (2)实验中滑动变阻器应该选择________(选填“R1”或“R2”)，并采用________接法。 (3)根据你在(1)(2)中的选择，在图甲上完成实验电路的连接。 甲　　　　　　　乙 (