電路 實驗 測定金屬的電阻率 第八章 一 螺旋測微器1 構造如圖8 5 1所示是常用的螺旋測微器 它的測砧a和固定刻度g固定在框架f上 旋鈕k 微調旋鈕k 和可動刻度h 測微螺桿p連在一起 通過精密螺紋套在g上 圖8 5 1 2 原理精密螺紋的螺距是0 5mm 即k每旋轉一周 p前進或后退0 5mm 可動刻度分成50等份 每一等份表示0 01mm 即可動刻度每轉過一等份 p前進或后退0 01mm 因此 從可動刻度旋轉了多少個等份就知道長度變化了多少個0 01mm 用它測量長度 可以精確到mm 還可以估讀到0 001mm 即毫米的千分位 因此螺旋測微器又稱為千分尺 0 01 3 讀數方法先從固定刻度g上讀出半毫米整數倍的部分 不足半毫米的部分由可動刻度讀出 即看可動刻度上的第幾條刻度線與固定刻度線上的橫線重合 從而讀出可動刻度示數 注意估讀 即有 測量長度 固定刻度示數 可動刻度示數 精確度 注意單位為mm 如圖8 5 2所示 不足半毫米而從可動刻度上讀的示數為15 5格 最后的讀數為 2 0mm 15 5 0 01mm 2 155mm 圖8 5 2 4 注意事項 1 測量前須校對零點 先使小砧a與測微螺桿p并攏 觀察可動刻度的零刻度線與固定刻度的軸向線是否重合 以及可動刻度的邊緣與固定刻度的零刻度線是否重合 否則應加以修正 2 讀數時 除注意觀察毫米整數刻度線外 還要特別注意半毫米刻度線是否露出 螺旋測微器要估讀 以毫米為單位時要保留到小數點后第三位 3 測量時 當螺桿p快要接觸被測物體時 要停止使用粗調旋鈕k 改用微調旋鈕k 當聽到 咔 咔 響聲時 停止轉動微調旋鈕k 并擰緊固定旋鈕 這樣做既可保護儀器 又能保證測量結果的準確性 二 測定金屬的電阻率1 實驗目的 1 練習使用螺旋測微器 2 學會用伏安法測量電阻的阻值 3 測定金屬的電阻率 2 實驗原理根據電阻定律公式r 只要測出金屬導線的長度l和它的直徑d 計算出導線的橫截面積s 并用伏安法測出金屬導線的電阻r 即可計算出金屬導線的電阻率 3 實驗器材米尺 最小分度值1mm 螺旋測微器 直流電壓表和直流電流表 滑動變阻器 電池 開關及連接導線 金屬電阻絲 4 實驗步驟 1 用螺旋測微器在被測金屬導線上三個不同位置各測一次直徑 求出其平均值d 計算出導線的橫截面積s 2 用毫米刻度尺測量接入電路中的被測量金屬導線的有效長度 反復測量3次 求出其平均值l 3 依照圖8 5 3所示的電路圖用導線把器材連好 并把滑動變阻器的阻值調至最大 圖8 5 3 4 電路經檢查無誤后 閉合開關s 改變滑動變阻器滑動片的位置 讀出幾組相應的電流表 電壓表的示數i和u的值 記入記錄表格內 斷開開關s 求出電阻r的平均值 5 將測得的r l d的值代入電阻率計算公式中 計算出金屬導線的電阻率 5 注意事項 1 本實驗中被測金屬導線的電阻值較小 因此實驗電路必須采用電流表外接法 2 實驗連線時 應先從電源的正極出發 依次將電源 開關 電流表 待測金屬導線 滑動變阻器連成主干線路 閉合電路 然后再把電壓表并聯在待測金屬導線的兩端 3 金屬導線的長度 應該是在連入電路之后再測量 測量的是接入電路部分的長度 并且要在拉直之后再測量 4 接通電源的時間不能過長 通過電阻絲的電流不能過大 否則金屬絲將因發熱而溫度升高 這樣會導致電阻率變大 造成較大誤差 5 要恰當選擇電流表 電壓表的量程 調節滑動變阻器的阻值時 應注意同時觀察兩表的讀數 盡量使兩表的指針偏轉較大 以減小讀數誤差 測定金屬的電阻率的一般方法在 測量金屬絲的電阻率 的實驗中 1 用螺旋測微器測金屬絲的直徑如圖8 5 4所示 則金屬絲的直徑為mm 圖8 5 4 2 已知電阻絲的電阻約為10 現備有下列器材供測量該電阻絲的電阻時選用 應選用的器材有 只填代號 a 量程是0 0 6a 內阻約0 5 的電流表 b 量程是0 3a 內阻約0 1 的電流表 c 量程是0 3v 內阻約6k 的電壓表 d 量程是0 15v 內阻約30k 的電壓表 e 阻值為0 1k 額定電流為0 5a的滑動變阻器 f 阻值為0 20 額定電流為2a的滑動變阻器 g 蓄電池 6v h 開關一個 導線若干 3 畫出用伏安法測上述電阻絲電阻的電路圖 1 該金屬絲的直徑為0 350mm 2 先選電源 題中只給一直流電源 所以應先確定電源 選g 選電流表 電源選定后可估算總電流 不連入滑動變阻器 干路電流最大值imax 0 6a 所以選a 若選電流表b 會有以下不足 首先0 6a電流太小 指針偏轉范圍不足刻度盤的三分之一 讀數時誤差較大 其次電流表量程越大 精確度越低 故不選b 選電壓表 若選電壓表c 量程3v 則干路總電流要被控制在0 3a以下 由上列所選電流表a 指針偏轉可達到滿刻度的一半 若選電壓表d 量程15v 電源6v 此時電壓表指針偏轉范圍雖滿足指針在13 23刻度盤范圍 但用15v量程時 精確度太低 為實現電壓表和電流表精確度的匹配 應選電壓表c而不選電壓表d 選變阻器 由于已選量程是3v的電壓表 決定滑動變阻器必須采用分壓電路連接方式 由于電阻絲阻值約為10 為在3v 0 3a以下范圍內調節滑動變阻器 讀取幾組測量值 滑動變阻器應選0 20 為宜 即f 顯然 選取0 1000 變阻器不行 一是阻值太大 變化不明顯 易造成電壓表 電流表超量程 燒毀表頭 二是額定電流也太小 另外 組成電路必須有開關和導線 即h是必需的 故所選用的器材有a c f g h 3 畫電路圖時 還要選擇電流表是內接電路 還是外接電路 由rx 10 ra 0 5 rv 6000 可知 為減小ra分壓帶來誤差 應選電流表外接 電路圖如下圖 本題提供的電壓表 電流表 滑動變阻器均有兩種規格 實驗時用什么規格的儀表 器材 要求首先要做出選擇判斷后再動手實驗 變式訓練1 影響物質材料電阻率的因素很多 一般金屬材料的電阻率隨溫度的升高而增大 而一般半導體材料的電阻率則與之相反 隨溫度的升高而減小 某課題研究組需要研究某種導電材料的導電規律 他們用該種導電材料制作成電阻較小的線狀元件z做實驗 測量元件z中的電流隨兩端電壓從零逐漸增大過程中的變化規律 1 他們應選用下圖所示的哪個電路進行實驗 2 按照正確的電路圖連接圖8 5 5的實物圖 圖8 5 5 3 實驗測得元件z的電壓與電流的關系如下圖所示 根據表中數據 判斷元件z是金屬材料還是半導體材料 z是 4 用螺旋測微器測得線狀元件z的直徑如圖8 5 6所示 則z的直徑是mm 圖8 5 6 解析 1 由題意 電流和電壓從零開始遞增 則滑動變阻器要接成分壓式 元件的電阻較小 則伏安法測電阻時應采用電流表外接法 應選a 2 實物連線如下圖 3 由表格可知 隨著電壓的增大 元件的電阻減小 即電阻率隨溫度的升高而減小 所以該元件材料是半導體 圖象法處理數據在該實驗中的應用用伏安法測量電阻阻值r 并求出電阻率 給定電壓表 內阻約為50k 電流表 內阻約為40 滑動變阻器 電源 電鍵 待測電阻 約為250 及導線若干 圖8 5 7 1 畫出測量r的電路圖 2 在圖8 5 7中的6個點表示實驗中測得的6組電流i 電壓u的值 試寫出根據此圖求r值的步驟 求出的電阻值r 保留三位有效數字 3 待測電阻是一均勻材料制成的圓柱體 用游標為50分度的游標卡尺測量其長度與直徑 結果分別如圖8 5 8 a b 所示 由圖可知其長度為 直徑為 4 由以上數據可求出 保留三位有效數字 圖8 5 8 本題考查伏安法測電阻的原理 用u i圖象求電阻的方法 電阻率的計算及游標卡尺的讀數 1 滑動變阻器可采用限流式接法和分壓式接法 因為 所以電流表可用外接法 電路圖有兩種情況 如下圖所示 根據 能限流不分壓 原則 應選限流式接法 2 作u i圖線 應舍去左起第2個點 其余5個點盡量靠近直線且均勻分布在直線兩側 求該直線的斜率k 則r k 229 221 237 均正確 3 長度為0 800cm 直徑為0 194cm 4 根據得代入數據 229 m 8 46 10 2 m本實驗考查的覆蓋面較大 在實驗復習中要理解實驗原理 實驗步驟 掌握實驗數據的處理方法 同時要提高對實驗數據的計算能力 變式訓練2 在用伏安法測電阻的實驗中 所用電壓表的內阻約為20k 電流表的內阻約為10 選擇能夠盡量減小誤差的電路圖接線進行實驗 讀得的各組數據用實心圓點標于坐標上 如圖8 5 9所示 1 根據各點表示的數據描出i u圖線 由此求得該電阻的阻值rx 保留兩位有效數字 2 畫出此實驗的電路原理圖 解析 本題采用圖像法解題 只要正確畫出i u圖線 然后從圖線中求出rx 作圖線時使多數點在圖線上 被測電阻rx阻值看成是不變的 則圖線應是通過原點的一條直線 圖線的斜率等于被測電阻阻值rx 1