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第4课时 测量金属丝的电阻率
一、实验目的
1.掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法及电流表和电压表的读数方法。
2.掌握螺旋测微器和游标卡尺的原理及读数方法。
3.会用伏安法测电阻,进一步测量金属丝的电阻率。
二、实验原理
1.用伏安法测出金属丝的电阻,实验电路如图(甲或乙)。
2.由电阻定律R=ρeq \f(l,S),得ρ=Req \f(S,l)。
三、实验器材
待测金属丝、螺旋测微器、毫米刻度尺、电池组、电流表、电压表、滑动变阻器、开关、导线若干。
谨记部分器材用途
螺旋测微器
测定金属丝的直径
毫米刻度尺
测定金属丝的长度
电流表、电压表
测定金属丝的电流和电压,计算电阻
滑动变阻器
改变通过金属丝的电流,多次测量求平均值
四、实验步骤
1.用螺旋测微器在待测金属丝上的三个不同位置各测一次直径,求出其平均值d,计算出金属丝的横截面积S=eq \f(πd2,4)。
2.按实验电路图甲或乙连接好电路。
3.用毫米刻度尺测量接入电路中的待测金属丝的有效长度,反复测量3次,求出其平均值l。
4.把滑动变阻器的滑片调节到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。
五、数据处理
1.在求Rx的值时可用两种方法
(1)用Rx=eq \f(U,I) 分别算出各次的数值,再取平均值。
(2)用UI图线的斜率求出。
2.计算电阻率
将记录的数据Rx、l、S的值代入电阻率计算式 ρ=Rxeq \f(S,l),求出待测金属丝的电阻率。
六、误差分析
1.金属丝的横截面积是利用直径计算而得,直径的测量是产生误差的主要来源之一。
2.采用伏安法测量金属丝的电阻时,由于采用的是电流表外接法,测量值小于真实值,使电阻率的测量值偏小。
3.金属丝的长度测量、电流表和电压表的读数等会带来偶然误差。
4.由于金属丝通电后发热升温,会使金属丝的电阻率变大,造成测量误差。
七、注意事项
1.金属丝的电阻值较小,实验电路一般采用电流表外接法。
2.测量金属丝的有效长度,是指测量金属丝接入电路的两个端点之间的长度,即电压表两端点间的金属丝长度,测量时应将金属丝拉直,反复测量三次,求其平均值。
3.测金属丝直径一定要选三个不同部位进行测量,求其平均值。
4.闭合开关S之前,一定要使滑动变阻器的滑片处在接入电路的电阻值最大的位置。
5.在用伏安法测电阻时,通过金属丝的电流I不宜过大(电流表用0.6 A量程),通电时间不宜过长,以免金属丝的温度明显升高,造成其电阻率在实验过程中逐渐增大。
考法一 实验原理和操作
1.在测量阻值较小的金属的电阻率的实验中,为了减小实验误差,并要求在实验中获得较大的电压调节范围,在测量其电阻时应选择的电路是( )
解析:选D 待测金属阻值较小,在用伏安法测电阻时应该用电流表外接法,题干中要求实验中获得较大的电压调节范围,故滑动变阻器要采用分压接法,D正确。
2. (2021·苏北四市检测)要测量某种合金的电阻率。
(1)若合金丝长度为L,直径为D,阻值为R,则其电阻率ρ=________。用螺旋测微器测合金丝的直径如图甲所示,读数为________mm。
(2)图乙是测量合金丝阻值的原理图,S2是单刀双掷开关。根据原理图在图丙中将实物连线补充完整。
(3)闭合S1,当S2处于位置a时,电压表和电流表的示数分别为U1=1.35 V,I1=0.30 A;当S2处于位置b时,电压表和电流表的示数分别为U2=0.92 V,I2=0.32 A。根据以上测量数据判断,当S2处于位置________(选填“a”或“b”)时,测量相对准确,测量值Rx=________Ω(结果保留两位有效数字)。
解析:(1)合金丝电阻:R=ρeq \f(L,S)=eq \f(4ρL,πD2),则电阻率:ρ=eq \f(πRD2,4L);由题图甲可知,其读数为:0.5 mm+15.7×0.01 mm=0.657 mm。
(2)如图所示。
(3)根据eq \f(ΔU,U1)=eq \f(1.35-0.92,1.35)≈0.32,eq \f(ΔI,I1)=eq \f(0.32-0.30,0.30)≈0.07,可知电压表示数变化较大,说明电流表分压作用较大,因此采用电流表外接法时测量相对准确,即S2处于位置b,根据欧姆定律有:Rx=eq \f(0.92,0.32) Ω≈2.9 Ω。
答案:(1)eq \f(πRD2,4L) 0.657 (2)见解析图 (3)b 2.9
考法二 数据处理和误差分析
3.小张同学打算测量由某种合金材料制成的金属丝的电阻率ρ,待测金属丝的横截面为圆形。实验
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