1、第3讲 实验七 测定金属的电阻率(同时练习使用螺旋测微器),一、螺旋测微器 1构造:如图7-3-1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,通过精密螺纹套在B上,图7-3-1,2原理:测微螺杆F与固定刻度B之间的精密螺纹的螺距为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.即螺旋测微器的精确度为0.01 mm.读数时误差出现在毫米的千分位上,因此,螺旋测微器又叫千分尺 3读数:测量时被测物体长度的整毫米数由固定刻度读出,小数部分由可动刻度
2、读出测量值(mm)固定刻度数(mm)(注意半毫米刻度线是否露出)可动刻度数(估读一位)0.01(mm),温馨提示螺旋测微器需要估读最后一位数字为估计数字,读数和记数时估计位为有效数字的最后一位例如 如图7-3-2所示,固定刻度示数为2.0 mm,不足半毫米从可动刻度上读的示数为15.0,最后的读数为:2.0 mm15.00.01 mm2.150 mm.,图7-3-2,二、游标卡尺 1构造:如图7-3-3所示,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,图7-3-3,2用途: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
3、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,它的刻度部分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:,4.读数:若用x表示由主尺上读出的整毫米数,K表示从游标尺上读出与主尺上某一刻线对齐的游标的格数,则记录结果表达为(xK精确度)mm.,游标卡尺的读数应注意以下几点:(1)看清精确度例如图7-3-4所示易错读成1140.1 mm11.40 mm正确的应为11.4 mm,游标卡尺不需估读,后面不能随意加零,7-3-4,例如如图7-3-5所示图7-3-5易错读成10120.05 mm10.6 mm,正确的应
4、为10.60 mm.,(2)区分零刻度与标尺最前端 例如如图7-3-6所示易错读成13100.05 mm13.50 mm 正确读数为14100.05 mm14.50 mm,图7-3-6,三、常用电表的读数对于电压表和电流表的读数问题,首先要弄清电表量程,即指针指到最大刻度时电表允许通过的最大电压或电流值,然后根据表盘总的刻度数确定精确度,按照指针的实际位置进行读数即可(1)03 V的电压表和03 A的电流表读数方法相同,此量程下的精确度是0.1 V或0.1 A,看清楚指针的实际位置,读到小数点后面两位,(2)对于015 V量程的电压表,精确度是0.5 V,在读数时只要求读到小数点后面一位,即读
5、到0.1 V. (3) 对于0.6 A量程的电流表,精确度是0.02 A,在读数时只要求读到小数点后面两位,这时要求“半格估读”,即读到最小刻度的一半0.01 A.,四、伏安法测电阻 电流表、电压表的应用,伏安法测电阻的电路选择 1阻值比较法:先将待测电阻的估计值与电压表、电 流表的内阻进行比较,若Rx较小,宜采用电流表外 接法;若Rx较大,宜采用电流表内接法,3实验试探法:按图7-3-7接好电路,让电压表接线柱P先后与a、b处接触一下,如果电压表的示数有较大的变化,而电流表的示数变化不大,则可采用电流表外接法;如果电流表的示数有较大的变化,而电压表的示数变化不大,则可采用电流表内接法,图7-
6、3-7,五、测定金属的电阻率,注意事项 1先测直径,再连电路:为了方便,测量直径时应在金属丝连入电路之前测量; 2电流表外接法:本实验中被测金属丝的阻值较小,故采用电流表外接法; 3电流控制:电流不宜过大,通电时间不宜过长,以免金属丝温度过高,导致电阻率在实验过程中变大 误差分析,热点一 考查读数问题 【典例1】 (1)如图7-3-8所示的两把游标卡尺,它们的游标尺自左至右分别为9 mm长10等分、19 mm长20等分,它们的读数依次为_mm,_mm.(2)使用螺旋测微器测量两个金属丝的直径,示数如图7-3-9所示,则a、b金属丝的直径分别为_mm,_ mm.,图7-3-9,图7-3-8,(3
7、)图7-3-10甲用0.6 A量程时, 对应刻度盘上每一小格代表_A, 表针的示数是_A;当使用 3 A量程时,对应刻度盘上每一小 格代表_A,图中表针示数为_A. 图7310乙使用较小量程时,每小格 表示_V, 图中指针的示数 为_V若使用的是较大量程, 则这时表盘刻度每小格表示_ V,图中表针指示 的是_V.,图7-3-10,(4)旋钮式电阻箱如图7311所示,电流从 接线柱A流入,从B流出,则接入电路的 电阻为_.今欲将接入电路的电 阻改为208 7 ,最简单的操作方法是 _若用两个这样的电阻箱,则 可得到的电阻值范围为_,图7-3-11,解析 (1)最上面图读数:整毫米是17,不足1毫
8、米数是70.1 mm0.7 mm,最后结果是17 mm0.7 mm17.7 mm. 上面右图读数:整毫米是23,不足1毫米数是170.05 mm0.85 mm,最后结果是23 mm0.85 mm23.85 mm. (2)对图a:固定刻度示数为2.0 mm,不足半毫米的从可动刻度上读的示数为15.0,最后的读数为:2.0 mm15.00.01 mm2.150 mm. 对图b:b金属丝的直径为4.80.01 mm0.048 mm.,(3)使用0.6 A量程时,刻度盘上的每一小格为0.02 A,指针的示数为0.44 A;当换用3 A量程时,每一小格为0.1 A,指针示数为2.20 A. 电压表使用3
9、 V量程时,每小格表示0.1 V,指针示数为1.70 V;使用15 V量程时,每小格为0.5 V,指针示数为8.5 V. (4)电阻为1 987 .最简单的操作方法是将“1 k”旋钮调到2,再将“100”旋钮调到0.每个电阻箱的最大阻值是999 9,用这样两个电阻箱串联可得到的最大电阻29 999 19 998 .故两个这样的电阻箱,则可得到的电阻值范围为019 998 .,答案 (1)17.7;23.85 (2)2.150 0.048 (3)0.02;0.44;0.1;2.20 0.1;1.70;0.5;8.5 (4)1 987;将“1 k”旋钮调到2,再将“100”旋钮调到0;019 99
10、8 ,【变式跟踪1】 完成下列读数(1)电流表量程一般有两种00.6 A,03 A;电压表量程一般有两种03 V,015 V如图7-3-12 所示: 接03 V量程时读数为_ V.接015 V量程时读数为_ V.接03 A量程时读数为_ A.接00.6 A量程时读数为_ A.,图7-3-12,(2)a_ mm b_ mm c_ mm d_ mm e_mm. 答案 (1)1.88 9.4 0.82 0.16 (2)a.0.484 b0.532 c4.078 d5.666 e11.14,热点二 伏安法测电阻(或电阻率) 【典例2】 (2012北京卷,21)在“测定金属的电阻率”实验中,所用测量仪器
11、均已校准待测金属丝接入电路部分的长度约为50 cm.(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径,其中某一次测量结果如图7-3-13所示,其读数应为_mm(该值接近多次测量的平均值),图7-3-13,(2)用伏安法测金属丝的电阻Rx.实验所用器材为:电池组(电动势3 V,内阻约1 ),电流表(内阻约0.1 )、电压表(内阻约3 k)、滑动变阻器R(020 ,额定电流2 A)、开关、导线若干某小组同学利用以上器材正确连接好电路,进行实验测量,记录数据如下:,由以上实验数据可知,他们测量Rx是采用图7-3-14中的_图(选填“甲”或“乙”),图7-3-14,(3)图7-3-15是测量Rx的实验器材实物图,图
12、中已连接了部分导线,滑动变阻器的滑片P置于变阻器的一端请根据(2)所选的电路图,补充完成图7-3-15中实物间的连线,并使闭合开关的瞬间,电压表或电流表不至于被烧坏,图7-3-15,(4)这个小组的同学在坐标纸上建立U、I坐标系,如图7-3-16所示,图中已标出了与测量数据对应的4个坐标点请在图7-3-16中标出第2、4、6次测量数据的坐标点,并描绘出UI图线,由图线得到金属丝的阻值Rx_(保留两位有效数字),图7-3-16,(5)根据以上数据可以估算出金属丝电阻率约为_(填选项前的符号) A1102 m B1103 m C1106 m D1108 m,(6)任何实验测量都存在误差本实验所用测
13、量仪器均已校准,下列关于误差的说法中正确的选项是_(有多个正确选项) A用螺旋测微器测量金属丝直径时,由于读数引起的 误差属于系统误差 B由于电流表和电压表内阻引起的误差属于偶然误差 C若将电流表和电压表的内阻计算在内,可以消除由测量仪表引起的系统误差 D用UI图象处理数据求金属丝电阻可以减小偶然误差,(3)如图甲所示,图甲,(4)选尽可能多的点连成一条直线,不在直线上的点均匀分布在直线两侧,如图乙所示图线的斜率反映了金属丝的电阻,因此金属丝的电阻值Rx4.4 .,图乙,(6)由于读数引起的误差属于偶然误差,选项A错误;由于电流表、电压表内阻引起的误差为系统误差,若将电流表和电压表的内阻计算在
14、内,则可以消除系统误差,选项B错误、选项C正确;利用UI图象处理数据,相当于多次测量取平均值,可以减小偶然误差,选项D正确,答案 (1)0.398(0.3950.399均正确) (2)甲 (3)如解析图甲所示 (4)如解析图乙所示 4.4(4.34.7均正确) (5)C (6)CD,(3)仪器选择的一般步骤: 首先选择唯一性的器材; 粗画电路图(暂不接电流表和电压表); 估算回路中电流和电压的最大值,在电表的指针有较大幅度的偏转但不超过其量程的情况下,结合已知器材的规格,确定实验电路和实验器材,2控制电路的选择(1)滑动变阻器两种接法的对比,(2)分压和限流电路的选择原则 在下列情况下应选用分
15、压式接法: 待测电阻的阻值远大于滑动变阻器的最大阻值 题中要求待测电阻上电压变化范围大,且要求从零开始连续调节 若选用限流式接法,电路中的最小电流仍超过用电器的额定电流,【变式跟踪2】 某同学想利用所学知识测量某种圆柱形材料的电阻率,实验要求必须精确测出该段材料的阻值除了导线和开关外,实验室还备有以下器材可供选用:电流表A1,量程1 A,内阻r1约0.5 电流表A2,量程30 mA,内阻r2约200 电压表V1,量程6 V,内阻RV1等于20 k电压表V2,量程10 V,内阻RV2约30 k滑动变阻器R1,020 ,额定电流2 A滑动变阻器R2,02 000 ,额定电流1 mA电源E(电动势为
16、12 V,内阻r约2 ),(1)请选择合适的器材,设计出便于精确测量的电路图画在虚线框中,其中滑动变阻器应选_(2)若选用其中一组电表的数据,设该段圆柱形材料的长为L,直径为d,由以上实验得出这种材料电阻率的表达式为_,式中符号的含义为_,解析 (1)由于V1的阻值已知,可当电流表使用,故可以采用将待测材料与V1串联再与V2并联,由于滑动变阻器阻值远小于待测电阻的阻值,故滑动变阻器应采用分压式接法,为调节方便选用小阻值的R1,电路图如图所示,热点三 “替代法”测电阻 【典例3】 (2011课标全国卷,22)为了测量一微安表头A的内阻,某同学设计了如图7-3-17所示的电路图中A0是标准电流表,
17、R0和RN分别是滑动变阻器和电阻箱,S和S1分别是单刀双掷开关和单刀单掷开关,E是电池完成下列实验步骤中的填空:,图7-3-17,(1)将S拨向接点1,接通S1,调节_,使待测表头指针偏转到适当位置,记下此时_的读数I; (2)然后将S拨向接点2,调节_,使_,记下此时RN的读数; (3)多次重复上述过程,计算RN读数的_,此即为待测微安表头内阻的测量值,解析 本题为用替代法测未知电流表的内阻,其实验步骤为:(1)将S拨向接点1,接通S1,调节R0,使待测表头指针偏转到适当位置,记下此时标准电流表(或A0)的读数I;(2)然后将S拨向接点2,调节RN,使标准电流表(或A0)的读数仍为I,记下此
18、时RN的读数;(3)多次重复上述过程,计算RN读数的平均值,此即为待测微安表头内阻的测量值 答案 (1)R0 标准电流表(或A0) (2)RN 标准电流表(或A0)的读数仍为I (3)平均值,【变式跟踪3】 科学实验是人们认识自然的重要手段电学实验中经常需要测量某负载的电阻(1)测电阻的方法有多种,现在有一只标有“220 V,100 W”的灯泡,它正常工作时的电阻为_ .若用多用电表的欧姆挡来测量这只灯泡的电阻,则测出的电阻应_灯泡正常工作时的电阻(填“大于”、“等于”或“小于”)这是因为_,(2)请你用下列器材设计一个实验,测定灯泡正常工作时的电阻 A220 V交流电源 B单刀双掷开关一个
19、C电阻箱一个(0999 ,额定电流1 A) D交流电流表一个(00.6 A) E导线若干 请画出电路原理图,答案 (1)484 小于 灯泡电阻随温度变化而变化,温度越高电阻越大 (2)见解析,电表内阻的测量方法(1)半偏法(2)伏安法(3)等效替代法,【典例4】 某同学要测电压表 的内阻RV,测量的电路如图7-3-18a所示,供选择的器材如下:,图7-3-18,待测电压表 (03 V,内阻约3 k); 电压表 (06 V,内阻约6 k); 定值电阻R13 k; 定值电阻R230 ; 滑动变阻器R3(01 k,1 A); 滑动变阻器R4(010 ,2 A); 电源3.0 V,内阻不计; 开关一个
20、,导线若干,根据上述条件,请你完成下面的实验 (1)定值电阻应选_;滑动变阻器应选_ (2)根据电路图a,在图b中用实线把实物连成电路;,(3)实验过程中的测量步骤为:移动滑动变 阻器触头到某一位置,记录、 的读数 U1、U2;不断改变滑动变阻器触头的位置, 得到一组U1、U2的值,分别以U1、U2为 坐标轴建立坐标系,作出相应图线(如图 7-3-19所示),测得该图线的斜率为k.根据图线的斜率k和选定的定值电阻,写出待测电压表内阻的表达式为RV_.,图7-3-19,预测高考命题视角通过对近几年的高考实验试题的研究发现,高考电学实验试题有三个显著的特点:第一,基于教材中的电学实验,着重考查实验原理的改进、实验步骤、误差分析;第二,重视电学的实验方法,问题设置结合科技、生产、生活的实际;第三,基本仪器的使用是考查的热点,实验的器材选择、实际操作是考查的重点,设计型实验是考查的难点,实验的基本原理和思想方法是考查的核心,视角1 基本仪器的使用及读数(如螺旋测微器、游标卡尺、电压表、电流表及多用电表的读数) 视角2 实验仪器的选择、测量电路、控制电路的选择 视角3 完善基本操作过程 视角4 根据题目给出的实验器材,对实验原理改进,设计新的实验方案,见Word版活页训练,