[指导]实验一 测定金属的电阻率.因本实验要作出I-U图线,要求测出一组包括零在内的电压、电流值,因此滑动变阻
实验一 测定金属的电阻率 一、 实验目的:测定金属的电阻率。
二、实验原理:
三、实验器材:
?金属丝?千分尺?安培
?伏特表?(3伏)电源?(20Ω)滑动变阻器?电键一个?导线几根
被测金属丝要选用电阻率大的材料,如铁铬铝合金、镍铬合金等或300瓦电炉丝经细心理直后代用,直径0.4毫米左右,电阻5~10欧之间为宜,在此前提下,电源选3伏直流电源,安培表选0 0.6安量程,伏特表选0 3伏档,滑动变阻器选0 20
欧。
四、实验步骤
(1)用螺旋测微器三次测量导线不同位置的直径取平均值
2D求出其横截面积S=πD/4.
(2)将金属丝两端固定在接线柱上悬空挂直,用毫米刻度
米尺测量接入电路的金属丝长度L,测三次,求出平均值L。
(3)根据所选测量仪器和选择电路的原则画好电路图(在
右框中画出)
然后依电路图按顺序给实物连线并将滑动变阻器的阻值调到最大。 点拨:为避免接线交叉和正负极性接错,接线顺序应遵循:电源正极?电键(断开状态)?滑动变阻器?用电器?安培表正极?安培表负极?电源负极,最后将伏特表并接在待测电路的两端,即先接干路,后接支路。
(4)检查线路无误后闭合电键,调节滑动变阻器读出几组I、U值,分别计算电阻R再求平均值,
表格把多次测量的D、L、U、I记下来。
【说明】测量时通过金属丝的电流应控制在1.00A以下,本实验由于安培表量程0~0.60A,每次通电时间应尽量短(以能读取电表数据为准),读数完毕立即断开电键S,防止温度升高使金属丝长度和电阻率发生明显变化。
计算时,务必算出每次的电阻值再求平均值,不能先分别求电压U和电流I的平均值,再由欧姆定律得平均值,否则会带来较大计算误差。
五、实验记录
测量次数 1 2 3 平均值
l导线长/m
d导线直径/m
2导线的横截面积S= (公式)= (代入数据)= m
测量次数 1 2 3 电阻平均值
电压U/V
电流I/A
电阻R/Ω
所测金属的电阻率ρ= (公式)= (代入数据)= Ωm
【注意事项】
(1)测量金属导线的直径时要用螺旋测微器,直接测量的结果要估读下一位数字。
(2)金属导线的电阻和电流表的内阻相差不很大,因此在用伏安法测电阻时应采用电流表的外接法,开始实验时滑动变阻器在电路中的阻值应调至最大,实验过程中通过金属导线的电流不宜过大,以防止温度升高电阻率发生变化。
【点拨】(1):为了减少电阻的计算误差,可以作U-I图象求出电阻的平均值
【点拨】(2):经验表明,引起实验误差的原因可能是: ?采用外接法则由于伏特表的分流影响,造成电阻测量值偏大,若误用内接法则安培表分压影响更大。
?仪表量程太大且读数不准
?计算未遵从有效数字运算法则
实验中易混淆的是:R=U/I和R=ρL/S两个定律,这两个定律都是实验定律,但前者是研究电阻与电流、电压两者之间关系;后者是研究导体本身的性质即电阻与材料、长度、截面积三者之间关系,与所在的电路因素或是否接入电路无关,注意R=U/I中,电阻与U、I无关;R=ρL/S中,电阻率与L和S无关,使用这两式时ρ是不变的。
易错的是:测量电路(内、外接法)、控制电路(限流式和分压式)、量程的选择及有效数字、电阻R平均值的计算等。
易忘的是:金属丝未接入电路就测量其长度,用千分尺测直径D前未查零误差、测D时未按三个不同位置测量取平均值。
六、实验结论:由实验表中数据计算得出,待测金属丝的电阻率平均值。
七、例题分析:
例1(在“测定金属的电阻率”的实验中,用螺旋测微器测量金属丝直径时的刻度位置如右图所示,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,然后根据电阻定律计算出该金属材料的电阻率( x
(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0,3 V,内阻10 kΩ
B(电压表0,15 V,内阻50 kΩ
C(电流表0,0.6 A,内阻0.05 Ω
D(电流表0,3 A,内阻0.01 Ω
E(滑动变阻器,0,10 Ω
F(滑动变阻器,0,100 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)
?实验中实物接线如下图所示 ,请指出该同学实物接线中的两处明显错误(
错误
1__________________________________________
____________________.
错误
2______________________________________
________________________.
例2:(1997年
题)某电压表的内阻在20,50k,之间,现要测量其内阻,实验室提供下列可选用的器材:
待测电压表(量程3V);
电流表(量程200,A);
电流表(量程5mA);
电流表(量程0.6A);
滑动变阻器R(最大阻值1k,);
电源,(电动势4V);
电键S。
?所提供的电流表中,应选用______(填写字母代号)。 ?为了尽量减小误差,要求测多组数据,画出符合要求的实验电路(其中电源和电键及其连线已画出)。
课堂巩固:
1(在下列实验步骤中,错误的步骤为( )
A(用刻度尺测量金属丝连入电路部分的长度三次,算出平均值
B(用千分尺在金属丝三个不同的部位各测量一次直径,算出它们的平均值
C(用伏安法测量电阻时,多次测量对应I、U的值,算出其平均值,再代入公式R,U/I算出电阻
D(实验时通过金属丝的电流不易太大,以保持金属丝的温度不变 2(一位电工师傅为测量某电线厂生产的铜芯电线的电阻率,他截取了一段长为L的电线,并测得其直径为D,用多用电表测其电阻发现阻值小于1 Ω.为提高测量的精度,他从下列器材中挑选了一些元件,设计了一个电路,重新测量这段导线(图中用R表示)的电阻(x
A(电源E:电动势为3.0 V,内阻不计
B(电压表V:量程为0,3.0 V,内阻约为2 kΩ1
C(电压表V:量程为0,15.0 V,内阻约为6 kΩ2
D(电流表A:量程为0,0.6 A,内阻约为1 Ω 1
E(电流表A:量程为0,3.0 A,内阻约为0.1 Ω 2
F(滑动变阻器R:最大阻值5 Ω,额定电流2.0 A 1
G(滑动变阻器R:最大阻值1 kΩ,额定电流1.0 A 2
H(开关S一个,导线若干
(1)实验时电压表选________;电流表选
________;滑动变阻器选________(填元件符号)(
(2)请设计合理的测量电路,把电路图画在右图
框中,
在图中表明元件符号(
(3)在实物图中用笔画线替代导线连接元件(
(4)某次测量时,电压表示数为U,电流表示数为I,则该铜芯电线材料的电阻率的表达式为ρ,________.
3(某兴趣小组在做“测定金属丝的电阻率”的实验中,通过粗测电阻丝的电阻约为5 Ω,为了使测量结果尽量准确,从实验室找到以下供选择的器材:
A(电池组(3 V,内阻约1 Ω)
B(电流表A(0,3 A,内阻0.012 5 Ω)1
C(电流表A(0,0.6 A,内阻约0.125 Ω)2
D(电压表V(0,3 V,内阻4 kΩ) 1
E(电压表V(0,15 V,内阻15 kΩ) 2
F(滑动变阻器R(0,20 Ω,允许最大电流1 A) 1
G(滑动变阻器R(0,2 000 Ω,允许最大电流0.3 A) 2
H(开关、导线若干
(1)实验时应从上述器材中选用________(填写仪器前字母代号)(
(2)测电阻时,电流表、电压表、待测电阻R在组成测量电路时,应采用安培表________x
接法,将设计的电路图画在下面方框内(
(3)若用螺旋测微器测得金属丝的直径d的读数如图,则读数为
________ mm.
(4)若用L表示金属丝的长度,d表示直径,测得电阻为R,请
写出计算金属丝电阻率的表达式ρ,________.
4(在“测定金属的电阻率”的实验中,需要用刻度尺测出被测金属丝的长度l,用螺旋测微器测出金属丝的直径d,用电流表和电压表测出金属丝的电阻R.用电流表和电压表测金属丝x
的电阻时,由于电压表、电流表内阻的影响,不论使用电流表内接法还是电流表外接法,都会产生系统误差(按如右图所示的电路进行测量,可以消除由于电表内阻造成的系统误差(利用该电路进行实验的主要操作过程是:
第一步:先将R的滑动触头调到最左端,单刀双掷开关S向1闭合,闭合开关S,调节221
滑动变阻器R和R,使电压表和电流表的示数尽量大些(不超过量程),读出此时电压表和电12
流表的示数U、I. 11
第二步:保持两滑动变阻器的滑动触头位置不变,将单刀双掷开关S向2闭合,读出此2时电压表和电流表的示数U、I. 22
请写出由以上记录数据计算被测电阻的表达式R,________. x