2023年高中物理实验测定金属的电阻率教案范文.docx

学海无涯 高中物理实验测定金属的电阻率教案 篇一：河北省高中物理实验10 测定金属的电阻率 第二局部 高中物理实验 物理 选修3-1 实验10测定金属的电阻率 [实验目的] 1.学习伏-安法测电阻，掌握测定金属电阻率的方法。 2.复习螺旋测微器的使用。 3.研究由于电表的接入而造成的系统误差及克服方法。 [实验仪器] 伏特表，安培表，直流电源，滑动变阻器，螺旋测微器，米尺，金属电阻丝〔50cm—100cm〕，电键及导线。 [实验原理] 按照电阻定律，一段金属丝的电阻值: LR = 〔1〕 S 其中L为金属丝长度，S为横截面积， 为金属电阻率，这是一个用来表示物质电阻特性的物理量，电阻率反映了物质对电流阻碍作用的属性。电阻率大那么说明这种材料的导电功能差，电阻率小那么说明这种物质的导电功能好。如铜和铝的电阻率分别为0.017欧·毫米2/米和0.028欧·毫米2／米(在200C)，而绝缘体的电阻率特别大，其数量级一般都在1012-1022欧·毫米2/米之间。例如常用的绝缘材料硬橡胶其电阻率为1019-1022欧·毫米2/米。 必须指出的是电阻率不仅与导体的材料有关，还和导体的温度有关。一般温度升高时电阻率随之增大，从而使导体的电阻值变大。这种效应在导体中通过电流使导体升温时尤为明显。例如220伏，100瓦的白炽灯泡，其热电阻为484欧姆，而不通电时的冷电阻只有40欧姆左右。 从〔1〕式可导出 RS 〔2〕 L 由〔2〕式能够看出，假设测出某金属丝的长度、横截面积和对应的电阻值，就能够计算出这种材料的电阻率。 关于给定的电阻丝〔实际上是一段合金电阻丝〕，我们用米尺量出其长度，用螺旋测微器测出它的直径代入公式 S=D/4 ，然后计算出其横截面积，用欧姆定律 R = U/I计算出电阻。把测量出的物理量代入公式〔2〕，可求出电阻丝的电阻率。 测电阻的方法是通过伏特表和安培表测出加在电阻丝两端的电压和流过电阻丝的电流，然后借助于欧姆定律间接求出的，因而称为“伏—安法测电阻〞。 1 2 [实验指导] 1. 用螺旋测微器测金属丝直径能够提高测量的准确度，能够读到毫米的千分位。 2. 电流可操纵在0.20-0.60安培之间。由于电流过小，电表误差过大〔1/3量程以上为有效〕，而电流太大时〔比方2安培〕导线上的热功率也大，那么导体的热涨冷缩和电阻率随温度升高而变大这两种效应都可增大实验误差。 3. 由于一般电阻丝电阻为几欧姆，考虑到便于调理,可使用0－50欧姆的滑线变阻器，电源可选用3伏的电压, 如此即可将电流操纵在0.20-0.60安培之间，又便于均匀调理。安培表应选用0-0.60安的档，伏特表选用0-3伏档。 4. 采纳伏-安法测电阻，由于仪表的接入而改变了原来〔不接入电表时〕的电路构造。这就不可防止的要造成系统误差。如图3-1和图3－2所示，在用伏安法测电阻时伏特表与安培表有两种不同的接法，我们称图3－1中的接法为安培表外接，图3－2中的接法为安培表内接。 借助于欧姆定律计算电阻R时，公式R = U/I中的电压和电流本意是指R两端的电压和流过R上的电流，但从图3－1和图3－2中能够的看出：安培表外接时电流的测量值大于R中的电流值；安培表内接时电压的测量值大于R两端的电压值，如此用上述两电路测出的电压和电流值及计算出的电阻R都偏离其真实值，这种误差属于系统误差。 那么在这个实验中应采纳哪个电路呢？一般50—100厘米的电阻丝Rx的电阻约为几欧。0.6A档安培表的内阻RA一般约为0.1欧多些，3V档伏特表的内阻Rv一般约为三千欧以上。按照以上 参数能够估算出安培表外接时，伏特表与R的分流比大约为1：600。安培表内接时，安培表与R的分压比大约为1：50，相比之下明显看出采纳安培表外接误差要小。 上述分析征询题的方法请同学们务必掌握，由于在电学实验中经常要遇到这类电路的选择征询题。 [操作要求] 1. 通电时，电流不宜过大，否那么电阻丝温升过高导致电阻率变大，造成实验误差较大。 2. 测量金属丝直径时，应选金属丝的三个不同部位进展。 3. 用米尺对金属丝长度进展测量时，为克服米尺刻度的不均匀性，最好 选三个不同的刻度作为测量的起点。如Ｌ全长约50厘米，第一次测长度时以10厘米刻度线为起点，第二次可从20厘米刻度线为起始线。 2 图3－1 图3－2 4. 金属丝被选用局部的两端点处要磨光洁，使其无油污或氧化物以减少 接触电阻。 5. 实验开场前留意滑动变阻器阻值要调到最大。 [实验步骤] 1．测三次长度，然后取平均值L。 2. 用螺旋测微器测三次金属丝的直径，然后取平均值D。 3．按图3－1所示电路接线，用伏—安法测三次电阻，分别为R1、R2、R3，取其平均值R=〔R1+R2+R3〕/3。 4. 将长度、直径和电阻的平均值L、D和R代入公式 R [征询题讨论] D24L 1. 本实验是用什么方法测电阻丝电阻的？电阻的测量值与真值之间的误差是如何样产生的？ 2. 假设被测电阻Rx阻值较大，例如Rx约为1.5千欧左右，应采纳安培表外接电路仍然安培表内接电路？试分析。 3. 设安培表外接电路为电路A，安培表内接电路为电路B。现有两个未知电阻R1与R2,，用欧姆表粗测可知R1为10欧左右，R2接近1千欧，那么测R1应选电路——————————。测R2应选电路————————————。 4. 设上题中安培表内阻为RA，伏特表内阻为RV，测R1时两表读数分别为U1、I1，测R2时两表读数分别为U2、I2。那么R1和R2的真值应分别表示为R1= ———————，R2=————————————。 3 篇二：测定金属的电阻率(高三、) 实验七 测定金属的电阻率(练习使用螺旋测微器) 一、螺旋测微器的构造原理及读数 1．螺旋测微器的构造 如图1所示是常用的螺旋测微器．它的测砧A和固定刻度B固定在尺架C上．旋钮D、微调旋钮D′和可动刻度E、测微螺杆F连在一起，通过精细螺纹套在B上． 图1 2．螺旋测微器的原理 测微螺杆F与固定刻度B之间的精细螺纹的螺距为0.5 mm，即旋钮D每旋转一周，F前进或后退0.5 mm，而可动刻度E上的刻度为50等份，每转动一小格，F前进或后退0.01 mm.即螺旋测微器的准确度为0.01 mm.读数时估读到毫米的千分位上，因而，螺旋测微器又叫千分尺． 3．读数：测量时被测物体长度的整数毫米数由固定刻度读出,小数局部由可动刻度读 出.测量值(毫米)＝固定刻度数(毫米)(留意半毫米刻度线是否露出)＋可动刻度数(估 读一位)×0.01(毫米) 二、游标卡尺 1．构造：主尺、游标尺(主尺和游标尺上各有一个内外测量爪)、游标尺上还有一个深 度尺，尺身上还有一个紧固螺钉．(如图2所示 ) 图2 2．用处：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，它的刻度局部的总长度比主尺上的同样多的小等分刻度少1 mm.常见的游标卡尺的游标尺上小等分刻度有10个的、20个的、50个的，其读数见下表： 1．电流表、电压表的应用 2(1)阻值比较法：先将待测电阻的可能值与电压表、电流表内阻进展比较，假设Rx较小，宜采纳电流表外接法；假设Rx较大，宜采纳电流表内接法． (2)临界值计算法 Rxlt;VRA时，用电流表外接法； RxVRA时，用电流表内接法． (3)实验试探法：按图3接好电路，让电压表一根接线柱P先后 与a、b处接触一下，假设电压表的示数有较大的变化，而电流 表的示数变化不大，那么可采纳电流表外接法；假设电流表的示数 图3 有较大的变化，而电压表的示数变化不大，那么可采纳电流表内接法． 四、测量金属的电阻率 实验目的 1．掌握螺旋测微器及游标卡尺的原理及读数方法． 2．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． 3．会用伏安法测电阻，并能测定金属的电阻率． 实验原理 lRS 由R＝得ρ，因而，只要测出金属丝的长度l，横截面积S和金属丝的电阻R， Sl即可求出金属丝的电阻率ρ. (1)把金属丝接入电路中，用伏安法测金属丝的电阻R(R＝ U ．电路原理图如图4所示． I (2)用毫米刻度尺测量金属丝的长度l，用螺旋测微器量得 图4 金属丝的直径，算出横截面积S.RS (3)将测量的数据代入公式ρ＝求金属丝的电阻率． l 点拨 由于本实验中被测金属丝的电阻值较小，因而实验电路采纳电流表外接法． 实验器材 毫米刻度尺、螺旋测微器、直流电流表和直流电压表、滑动变阻器(阻值范围0～50 Ω)、电池组、开关、被测金属丝、导线假设干． 实验步骤 1．直径测定：用螺旋测微器在被测金属导线上的三个不同位置各测一次直径，求出其 πd2 平均值d，计算出导线的横截面积S＝42．电路连接：连接好用伏安法测电阻的实验电路． 3．长度测量：用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属导线的有效长度，反复测量3 次，求其平均值l. 4．U、I测量：把滑动变阻器的滑动片调理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，填入记录表格内，断开开关S，求出金属导线 电阻R的平均值． 5．撤除电路，整理好实验器材． 数据处理 1．在求R的平均值时可用两种方法 U (1)用R I(2)用U－I图线的斜率求出． SπdU 2．计算电阻率：将记录的数据R、l、d的值代入电阻率计算式ρ＝R＝. l4lI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．采纳伏安法测量金属丝的电阻时，由于采纳的是电流表外接法，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也会带来偶尔误差． 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． 本卷须知 1．本实验中被测金属导线的电阻值较小，因而实验电路一般采纳电流表外接法． 2．实验连线时，应先从电源的正极出发，依次将电源、开关、电流表、待测金属导线、 滑动变阻器连成主干线路(闭合电路)，然后再把电压表并联在待测金属导线的两端． 3．测量被测金属导线的有效长度，是指测量待测导线接入电路的两个端点之间的长度， 亦即电压表两端点间的待测导线长度，测量时应将导线拉直，反复测量三次，求其平均值． 4．测金属导线直径一定要选三个不同部位进展测量，求其平均值． 5．闭合开关S之前，一定要使滑动变阻器的滑片处在有效电阻值最大的位置． 6． 在用伏安法测电阻时,通过待测导线的电流强度I不宜过大(电流表用0～0.6 A量程)， 通电时间不宜过长，以免金属导线的温度明显升高，造成其电阻率在实验过程中逐步增大． 7．求R的平均值时可用两种方法：第一种是用R＝U/I算出各次的测量值，再取平均值；第二种是用图象(U－I图线)来求出．假设采纳图象法，在描点时，要尽量使各点间的间隔拉大一些，连线时要尽可能地让各点均匀分布在直线的两侧，个别明显偏离较远的点能够不予考虑． 实验改进 在本实验中，由于电表内电阻的阻碍，从而使金属导线电阻测量值偏小，能够改进实验电路，消除由于电表内阻的阻碍而带来的实验误差． 1．等效交换法 2 连接电路如图5所示R为电阻箱，Rx为待测电阻，通过调理 电阻箱R，使单刀双掷开关S分别接1和2时，电流表中的电 流示数一样，那么说明Rx＝R，即可测出Rx.图52．附加电阻法 连接电路如图6所示，R1为一阻值较大的固定电阻，Rx为待测 电阻． (1)S2断开，闭合S1，调理变阻器R，使电流表、电压表都有一 个适当读数，记下两表读数I1、U1. (2)保持变阻器R不变，再闭合S2，记下两表的读数I2、U2. (3)待测电阻Rx