(讲义)第3章 第3节 测量金属丝的电阻率-【提分教练】2023-2024学年新教材高中物理必修第三册(粤教版2019)

第三节　测量金属丝的电阻率 实验目标 1．知道游标卡尺和螺旋测微器的原理及读数方法。 2．了解测定金属电阻率的实验原理，会用伏安法测电阻。 3．能根据不同情况设计电路图，会具体选择电流表及滑动变阻器并能合理地进行实验操作。 4．会正确测量相关物理量，能正确处理数据和误差分析。 一、游标卡尺的测量原理及使用 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。(如图所示) 2．用途：测量厚度、长度、深度、内径、外径。 3．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) 10 9mm 0.1mm 0.1mm 20 19mm 0.05mm 0.05mm 50 49mm 0.02mm 0.02mm 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(x＋k×精确度)mm。 注意：游标卡尺测量长度不需要估读。 二、螺旋测微器的测量原理及使用 1．如图所示是常用的螺旋测微器结构图，它的小砧A和固定刻度G固定在U形框架F上；微测螺杆P、可调刻度H和粗调旋钮K、微调旋钮K′连在一起，通过精密螺纹穿过U形框架F，用锁T给予锁定。 2．测量原理 螺旋测微器的螺距是0.5mm，螺栓上可动刻度一周为50格，当粗调旋钮每转一周时，前进(或后退)一个螺距0.5mm。若每转过1格，前进(或后退)0.01mm，因此螺旋测微器的精确度为0.01mm。 3．操作与读数 使用螺旋测微器时，将被测物体放在小砧A和微测螺杆P之间，先使用粗调旋钮K，在微测螺杆P快靠近被测物体时，改用微调旋钮K′，听到咔咔声音时停止转动，并用锁T给予锁定，然后读数。读数时，在固定刻度上读出大于0.5mm的部分，在可动刻度上读出不足0.5mm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＝固定刻度的读数＋可动刻度的读数×0.01_mm。如图所示，读数为6.5mm＋0.01×20.3mm＝6.703mm。 注意：螺旋测微器读数需要估读到下一位。 三、伏安法测电阻 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 方法 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 ①若Rx≪RV，说明电压表的分流作用较弱，应选用电流表外接法； ②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 ①若>，应选用电流表内接法； ②若<，应选用电流表外接法。 四、实验：测量金属丝的电阻率 1．实验原理和方法 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．实验器材 被测金属丝、毫米刻度尺、螺旋测微器、电压表、电流表、学生电源、开关、滑动变阻器和导线若干。 3．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，记入表格内，断开开关S。 (5)拆去实验线路，整理好实验器材。 4．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。 5．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。 6．注意事项