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高中物理选修3-1实验—测定金属的电阻率

2019/10/21 09:26:14 暂无评论

[学习目标] 1.进一步掌握用伏安法测电阻的电路的设计思想.2.掌握螺旋测微器和游标卡尺的读数方法.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.

一、螺旋测微器和游标卡尺

1.螺旋测微器的原理及读数方法

(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和微调旋钮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0.5 mm,可动刻度分成50等份,每一等份表示0.01 mm.

图片20191021100138.png

(2)使用方法

AF并拢时,可动刻度E的零点恰好跟固定刻度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AF之间的夹缝中,再顺时针旋转旋钮DF快要接触被测物时,要停止使用旋钮D,改用微调旋钮D,直到听到喀喀声.

(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: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.

在读数时注意半毫米刻度线是否已露出.

2.游标卡尺的原理及读数方法

(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2所示)

图片20191021100234.png

(2)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1 mm.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

1 mm与每小格的差值

精确度

(可精确到)

10

9 mm

0.1 mm

0.1 mm

20

19 mm

0.05 mm

0.05 mm

50

49 mm

0.02 mm

0.02 mm

(3)用途:测量厚度、长度、深度、内径、外径.

(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(xK×精确度) mm.

二、测定金属的电阻率

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=U/I()).电路原理图如图3所示.

图片20191021100437.png

图片20191021100510.png

2.实验器材

螺旋测微器、毫米刻度尺、电压表、电流表、开关及导线、被测金属丝、电池、滑动变阻器.

3.实验步骤

(1)测直径:用螺旋测微器在被测金属丝上三个不同位置各测一次直径,并记录.

(2)连电路:按如图3所示的电路图连接实验电路.

(3)量长度:用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属丝的有效长度,重复测量3次,并记录.

(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最大的位置,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IU的值,记入表格内,断开开关S.

(5)拆除实验电路,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UI值分别计算出电阻,再求出电阻的平均值作为测量结果.

(2)图象法:可建立IU坐标系,将测量的UI值描点作出图象,利用图象的斜率的倒数来求出电阻值R.

5.实验注意事项

(1)因一般金属丝电阻较小,为了减少实验的系统误差,必须选择电流表外接法;

(2)本实验若用限流式接法,在接通电源之前应将滑动变阻器调到阻值最大状态.

(3)测量l时应测接入电路的金属丝的有效长度(即两接线柱之间的长度);在金属丝的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),通电时间不宜太长,以免电阻率因温度升高而变化.

一、实验原理及操作

1 探究电阻与长度、横截面积的关系的实验中,用刻度尺测量金属丝直径时的刻度位置如图4所示,金属丝的匝数为39,用米尺测出金属丝的长度L,金属丝的电阻大约为5 Ω,先用伏安法测出金属丝的电阻R,然后用控制变量法探究电阻与导体长度、横截面积的关系.

图片20191021100636.png

(1)从图中读出金属丝的直径为________mm.

(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,内阻约10 kΩ

B.电压表015 V,内阻约50 kΩ

C.电流表00.6 A,内阻约0.05 Ω

D.电流表03 A,内阻约0.01 Ω

E.滑动变阻器,010 Ω

F.滑动变阻器,0100 Ω

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)

实验中某同学的实物接线如图5所示,请指出该同学实物接线中的两处明显错误.

图片20191021100724.png

错误a________________________________________________________

错误b________________________________________________________.

答案 (1)0.649(0.6460.652均可) (2)A C E  错误a:导线连接在滑动变阻器的滑片上 错误b:采用了电流表内接法

解析 (1)从图中可读出紧密绕制的金属丝的宽度为2.53 cm

图片20191021100804.png

(2)因为两节干电池的电动势是3 V,用3 V量程的电压表A;因为金属丝的电阻大约为5 Ω,如果把3 V的电动势全加在金属丝上,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 Ω,为了减小实验误差,应选10 Ω的滑动变阻器E.

二、仪器的读数及数据处理

2 (1)用螺旋测微器测量合金丝的直径.为防止读数时测微螺杆发生转动,读数前应先旋紧如图6甲所示的部件________(选填A”“B”“CD).从图中的示数可读出合金丝的直径为________ mm.

图片20191021100848.png

(2)用游标卡尺可以测量某些工件的外径.在测量时,示数如图乙所示,则读数为________  mm.

答案 (1)B 0.410 (2)11.45

解析 (1)读数前应先旋紧B,使读数固定不变,螺旋测微器的固定刻度为0 mm,可动刻度为41.0×0.01 mm0.410 mm,所以最终读数为0 mm0.410 mm0.410 mm.

(2)游标卡尺的主尺读数为11 mm,游标尺上第9个刻度和主尺上某一刻度对齐,所以游标尺读数为9×0.05 mm0.45 mm,最终读数为:11 mm0.45 mm11.45 mm.

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