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文本内容:
梳理必备知识回归教材实验11测定金属丝的电阻率
一、实验原理由R二p:得p岑,因此只要测出金属丝的长度
1、横截面积S和金属OV丝的电阻R,即可求出金属丝的电阻率P,测量金属丝电阻的电路图和实物图分别如图甲、乙所示
二、实验器材被测金属丝,直流电源,电流表,电压表,滑动变阻器,开关,导线若干,螺旋测微器,毫米刻度尺
三、实验步骤
1.用螺旋测微器在被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
2.连接好用伏安法测电阻的实验电路⑴用螺旋测微器测得金属丝横截面直径的示数如图甲所示,则其直径D=mm⑵用刻度尺量出金属丝接入电路的长度Lo⑶用图乙所示的电路测量金属丝的电阻R、、电路中K、R,为阻值未知的定值电阻,L为电阻箱
①先闭合开关S、So,然后调整电阻箱Rz的阻值,使电流表G的示数为并记下电阻箱的示数R2I;
②然后将电阻箱与R,交换位置,再次调整电阻箱Rz的阻值,使电流表G的示数为,记下电阻箱的示数R”,则金属丝的电阻为R=x(用R
21、R22表不)⑷求得金属丝的电阻率P=(用L、D、R.R22表示)21X
0.01mm=l.772mmo⑶本实验用电桥法测电阻,在电阻箱与工位置调换前后,都应使B、D律可得区3RX R22两点间电势差为零,即使电流表G的示数为零,进而根据并联电路规解得Rx力MM
(4)由电阻定律得L二
②P零9噜J,R^S⑷IT吧坐/匹答案
(1)
1.772
(3)
①零,/2/22解得P二4L[例5][实验原理的创新](2022•江苏淮安模拟)某小组测量不知名材质带缺口金属环(如图甲)的电阻率,应用了学生电源E、定值电阻R、电压表匕和V
2、电阻箱R等器材,操作步骤如下:截面的直径D,测量时金属环应卡在图乙游标卡尺的(选填A或C”)部位,读数如图丙所示,示数为cm⑴用软尺测量金属环的长度L,用游标卡尺在不同部位测量金属环横⑵按图丁连接电路,a、b间器件表示金属环,闭合开关,调节电阻箱,记录两块电压表和电阻箱的读数,绘制出戊图,可计算出金属环的阻值R=,用L、D、R表示出该金属环的电阻率P
(3)由戊图计算出的阻值R(选填大于”“小于”或“等于)真实值解析
(1)直径使用外测量爪来测量,为C部位;游标卡尺读数为4mm+O.1mmX8=
4.8mm=O.48cm⑵金属环两端电压为u=u-u2b流过金属环的电流为1咤+鲁,金属环的阻值R二号,RRvi1由以上式子整理得著1+1+=,则由图像可知R=Q=
2.6%RviR
2.5Q,「产)根据电阻定律可知P42卫产L L4L⑶由⑵分析可知,金属环两端的电压和流过金属环的电流均为真实值,故不存在系统误差,由戊图计算出的阻值R等于真实值答案
(1)C
0.48
(2)
2.6更匕
(3)等于4L[例J6][实验方法的创新](2022•河北保定模拟)某实验小组要测量某金属丝的电阻率⑴先用如图甲所示的螺旋测微器测量金属丝的直径,从调节到读数的过程中,螺旋测微器上三个部件A、B、C使用的先后顺序应该为C、、、C(填字母);测量的示数如图乙所示,测得该金属丝的直径d=mmo⑵要测量金属丝的电阻,实验室提供了如下器材电源E(电动势为3V,内阻r约为1Q),电流表A(量程为0〜
0.6A,内阻n约为1Q),电流甲乙表人2(量程为0~3001^,内阻心=5Q),最大阻值为20的滑动变阻器Ro,开关S,导线若干请根据实验室提供的器材,同时能尽可能减小实验误差,请在内图方框内将实验原理图补充完整T⑶通过正确操作,调节滑动变阻器测出多组电流表A-A2的示数L、b,作出图线,求出待测电阻值R=Q(结果保留2位有效数字)实验测得的电阻率(选填“存在”或“不存在”)因电流表的内阻引起的系统误差解析⑴用螺旋测微器测量金属丝的直径时,从调节到读数的过程中,应先打开锁紧装置C,然后将金属丝置于测砧与测微螺杆之间,之后调节旋钮B进行粗调,当测微螺杆快靠近金属丝时,改为调节微调旋钮A,当听到“喀喀”声时停止,然后读数,读数完毕后,再将锁紧装置C关闭,故使用的先后顺序应该为CBACoX
0.01mm=
0.900mmo
(2)由于无电压表,电流表A内阻确定,可与待测电阻并联,当电压2表使用因此电路图如图所示R⑶根据欧姆定律得I尸L+等,根据图像得k=l+$篙=
1.8,解得—A%41U a
36.3Qo由于测电阻时考虑了电表的内阻,因此不存在因电流表的内阻引起的系统误差答案1B A
0.9002图见解析
36.3-
6.5不存在
3.用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属丝的有效长度,反复测量三次,求出其平均值
14.把滑动变阻器的滑片调节到使接入电路中的电阻值最大的位置
5.闭合开关,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,填入记录表格内
6.断开开关,拆除电路,整理好器材
四、数据处理x的平均值时可用两种方法⑴用工片分别算出各次的数值,再取平均值⑵用UT图线的斜率求出将记录的数据旦、
1、d的值代入电阻率计算式「二工3膂141
五、误差分析
1.金属丝直径、长度的测量、读数等人为因素带来误差
2.测量电路中电流表及电压表对电阻测量的影响,因为电流表外接,所以R测〈R真,由R=P g知P水P其
3.通电电流过大,时间过长,致使金属丝发热,电阻率随之变化带来误差
六、注意事项
1.本实验中被测金属丝的电阻值较小,因此实验电路一般采用电流表外接法
2.测量被测金属丝的有效长度,是指测量被测金属丝接入电路的两个端点之间的长度,亦即电压表两端点间的被测金属丝长度,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.在用伏安法测电阻时\通过被测金属丝的电流不宜过大(电流表用0-
0.6A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
5.若采用图像法求电阻阻值的平均值,在描点时,要尽量使各点间的距离拉大一些,连线时要尽可能地通过较多的点,不在直线上的点均匀分布在直线的两侧,个别明显偏离较远的点应舍去提升关键能力考点一基础性实验[例1][实验原理和操作]有一根均匀的管线状导体,横截面如图甲所示,电阻值约为6Qo甲可供选择的器材有A.电流表(量程0〜
0.6A,内阻约为
0.1Q)B.电流表(量程0〜3A,内阻约为
0.03Q)C.电压表(量程0〜3V,内阻约为3k)D.滑动变阻器(1750Q,
0.3A)E.滑动变阻器(15Q,3A)F.蓄电池(6V,内阻很小)G.开关一个,带夹子的导线若干⑴要精确测量管线状导体样品的阻值,电流表应选,滑动变阻器应选o(填器材前的字母)⑵请将如图乙所示的实际测量电路补充完整⑶已知管线状导体材料的电阻率为P,通过测量得出电压表示数为U,电流表示数为I,外径为d,要想求得管线状导体内形状不规则的中空部分的横截面积S,在前面实验的基础上,还需要测量的物理量是,计算中空部分横截面积的表达式为S=O解析
(1)因管线状导体的阻值约为6Q,电压表的量程为3V,则电流最大约为
0.5A,故电流表应选A为调节方便,应选用总阻值与管线状导体相差不大的滑动变阻器Eo⑵因R、^6Q,而瓦^百而Q,故测量电路应为电流表外接法电路因滑动变阻器的总阻值大于管线状导体的阻值,且实验中不要求电压从零开始调节,故滑动变阻器为限流接法,如图所示Y⑶管线状导体长度为L,由导体电阻公式得R二勺P——,可得1喏)2-SpLIO—o4U答案1A E2图见解析⑶管线状导体长度L苧-片4U[例2][数据处理与误差分析](2022•广东珠海模拟)某实验小组需要测定一滑动变阻器电阻丝的电阻率实验器材有:待测滑动变阻器、电源(电动势约3V)、电流表(量程100mA)、电阻箱、导线若干
(1)由于不方便用螺旋测微器测量电阻丝的直径,某同学提出了由螺线管绕线宽度除以匝数的方法来测量电阻丝直径测得总匝数n=200匝时螺线管的绕线宽度如图甲所示,则绕线宽度为emo甲
(2)将器材按图乙连接,在闭合开关前将滑片移至最右端200匝处,并将电阻箱阻值调至(选填“最大”或“最小”),然后逐渐调节电阻箱的阻值R,使电流表的示数为80inAo乙
(3)之后不断减少电阻丝接入电路的匝数,同时调节电阻箱,保持电流表示数80mA不变,记录数据如下n(匝)20016012080400RQ111621223136
(4)在坐标纸上描点如图内所示,请在坐标纸上作出R随n变化的图线若图线的斜率绝对值为k,电阻丝直径为d,进一步测得螺线管的直径D=L80cm,该电阻丝电阻率的表达式P=(用k、d、D表示),计算结果为Q・m(结果保留3位有效数字)⑸电流表和电源的内阻会导致电阻率的测量结果(选填“偏大”“偏小”或“不变”解析
(1)刻度尺的分度值为
0.1cm,需要估读到
0.01cm,所以绕线宽度为
12.00cmo⑵为了使闭合开关后电路中电流最小,以保护元件,在闭合开关前将电阻箱阻值调至最大4舍去误差较大的点,将剩余点用直线拟合,如图所示n匝螺线管电阻丝的长度为L=n JiD,电阻丝的横截面积为S二华4根据电阻定律可知n匝螺线管接入电路时的阻值为噜由于保持电流表示数不变,则电路总电阻R总不变,所以R二R总-r-m-K,则图线斜率的绝对值为k二笔,解得P二等,4D由图像可得得E%电阻丝的直径为d二郊Xlr m,5根据前面分析可知,在构建方程时已经将电流表内阻和电源内阻考虑进去,而这两个参量并不影响所作图像的斜率,只会影响纵截距,因此对电阻率的测量结果无影响答案
112.002最大4图见解析室X105不变4D考点二创新性实验[例3][实验器材的创新]2022•浙江杭州模拟某物理兴趣小组在实验室测量一根粗细均匀的合金丝的电阻率,实验室里有一半径为10cm的量角器,但是缺少刻度尺该小组首先取一段合金丝绕在该量角器上,并接入如图甲所示的电路中,通过金属夹所夹位置改变合金丝接入电路的长度,接入电路的合金丝所对应的圆心角9可以由量角器读出实验时多次改变金属夹所夹位置,通过调节滑动变阻器的阻值,使每次电流表的读数I达到一相同值时记录电压表的示数U,从而得到多组U、e的值,作出U-0图像如图乙所示乙⑴在实验开始前,滑动变阻器的滑片P应置于(选填“左端”或“右端”)⑵实验中电流表指针位置如图丙所示,则读数1=Ao
(3)在实验时,b端应与相连接々山JtUlXLLlXL14U而X而X而”而XW8m123456,则合金丝的电阻率为解析
(1)本实验滑动变阻器采用分压式接法,为使合金丝的电压从0开Q・m(结果保留2位有效数字)始记录,故需要将滑动变阻器的滑片P置于左端
(2)电流表量程是0~
0.6A,由题图丙所示表盘可知,其分度值为
0.02A,示数为
0.40Ao⑶在实验时,b端应与e端相连,用电压表测量f与金属夹之间合金丝的电压X10气m2,读题图乙可知,当0¥时,所对应的电压大小为
0.92V,则根据欧姆定律,可得此时合金丝的电阻为R二看篙Q=
2.3Q,则根据电阻率的公式可得R二pg p岑yy Q•X107Q-mo5I-XO.12答案
(1)左端
(2)
0.40
(3)BX107[例4][实验原理的创新](2022•辽宁沈阳二模)某实验小组做“测量一均匀新材料制成的金属丝的电阻率”实验,主要步骤如下。