一、实验目的:
二、实验原理:
用刻度尺测一段金属导线的长度L,用螺旋测微器测导线的直径d,用伏安法测导线的电阻R,根据电阻定律,金属的电阻率ρ=RS/L=πd2R/4L
三、实验器材:
①金属丝②千分尺③安培表④伏特表⑤(3伏)电源⑥(20Ω)滑动变阻器⑦电键一个⑧导线几根
【点拨】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D求出其横截面积S=πD2/4.
(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1,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。
(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,设计表格把多次测量的D、L、U、I记下来。
【点拨】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 | the catalyst平均值 |
导线长/m | | | | |
导线直径/m | | | | |
| | | | |
导线的横截面积S= (公式)= (代入数据)= m2
测量次数 | 1 | 2 | 樊字疗法 3 | 电阻平均值 |
2000年奥运会男篮 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
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:
1.为测定一段金属丝的电阻率ρ,某同学设计了如图14甲所示的电路.ab是一段电阻率较大的粗细均匀的电阻丝,电路中的保护电阻R0=4.0 Ω,电源的电动势E=3.0 V,电流表内阻忽略不计,滑片P与电阻丝始终接触良好. (1)实验中用螺旋测微器测得电阻丝的直径如图乙所示,其示数为d=________ mm.
(2)实验时闭合开关,调节滑片P的位置,分别测量出每次实验中aP长度x及对应的电流值I,实验数据如下表所示:
x(m) | 0.10 | 0.20 | 0.30 | 图兰朵故事简介0.40 | 0.50 | 0.60 |
I(A) | 0.49 | 0.43 | 0.38 | 0.33 | 0.31 | 0.28 |
(A-1) | 2.04 | 2.33 | 2.63 | 3.03 | 3.23 | 3.57 |
| | | | | | |
①将表中数据描在-x坐标纸中,如图15所示.试作出其关系图线,图象中直线的斜率的表达式k=________(用题中字母表示),由图线求得电阻丝的电阻率ρ为________ Ω·m(保留两位有效数字).
②根据-x关系图线纵轴截距的物理意义,可求得电源的内阻为________ Ω(保留两位有效数字).
2. 实验小组利用实验室提供的器材探究一种金属丝的电阻率.所用的器材包括:输出为3 V的直流稳压电源、电流表、待测金属丝、螺旋测微器(千分尺)、米尺、电阻箱、开关和导线等.(1)他们截取了一段金属丝,拉直后固定在绝缘的米尺上,并在金属丝上夹一个小金属夹,金属夹可在金属丝上移动.请根据现有器材,设计实验电路,并连接电路实物图甲.
(2)实验的主要步骤如下:
①正确连接电路,设定电阻箱的阻值,开启电源,合上开关;
②读出电流表的示数,记录金属夹的位置;
③断开开关,________,合上开关,重复②的操作.
(3)该小组测得电流与金属丝接入长度关系的数据,并据此绘出了图乙所示的关系图线,其斜率为________ A-1·m-1(保留三位有效数字);图线纵轴截距与电源电动势的乘积代表了____________________的电阻之和.
(4)他们使用螺旋测微器测量金属丝的直径,示数如图所示.金属丝的直径是________.
图乙中图线的斜率、电源电动势和金属丝横截面积的乘积代表的物理量是________,其数值和单位为________(保留三位有效数字)
3. 利用如图甲所示的电路测量某种电阻丝材料的电阻率,所用电阻丝的电阻约为20 Ω。带有刻度尺的木板上有a和b两个接线柱,把电阻丝拉直后固定在接线柱a和b上。在电阻丝上夹上一个带有接线柱c的小金属夹,沿电阻丝移动金属夹,可改变其与电阻丝接触点P的位置,从而改变接入电路中电阻丝的长度。可供选择的器材还有:
电池组E(电动势为3.0 V,内阻约为1 Ω);
电流表A1(量程0~100 mA,内阻约为5 Ω);
电流表A2(量程0~0.6 A,内阻约为0.2 Ω);
电阻箱R(0~999.9 Ω);
开关、导线若干。
实验操作步骤如下:
A.用螺旋测微器在电阻丝上三个不同的位置分别测量电阻丝的直径。
B.将选用的实验器材,按照图甲连接实验电路。
C.调节电阻箱使其接入电路中的电阻值较大。
D.将金属夹夹在电阻丝上某位置,闭合开关,调整电阻箱的阻值,使电流表满偏,然后断开开关。记录电阻箱的电阻值R和接入电路的电阻丝长度L。
E.改变金属夹与电阻丝接触点的位置,闭合开关,调整电阻箱的阻值,使电流表再次满偏。重复多次,记录每一次电阻箱的电阻值R和接入电路的电阻丝长度L。
F.断开开关,整理好器材。
(1)某次测量电阻丝直径d时,螺旋测微器示数如图乙所示,则d=__________mm;
(2)实验中电流表应选择__________(选填“A1”或“A2”);
(3)用记录的多组电阻箱的阻值R和对应的接入电路中电阻丝长度L的数据,绘出了如图丙所示的R-L关系图线,图线在R轴的截距为R0,在L轴的截距为L0,再结合测出的电阻丝直径d跨境换股,写出电阻丝的电阻率表达式ρ=________(用给定的物理量符号和已知常数表示)。
(4)本实验中,电流表的内阻对电阻率的测量结果________(选填“有”或“无”)影响。
4. 有一根细长且均匀的空心金属管线,长约30 cm,电阻约为5 Ω,已知这种金属的电阻率为ρ,现在要尽可能精确测定它的内径d.
(1)用螺旋测微器测量金属管线外径D时刻度的位置如图25a所示,从图中读出外径为________ mm,应用________(选填“厘米刻度尺”或“毫米刻度尺”)测金属管线的长度L;
(2)测量金属管线的电阻R,为此取来两节新的干电池、开关和若干导线及下列器材:中国青年创业国际计划
A.电压表0~3 V,内阻约10 kΩ B.电压表0~15 V,内阻约50 kΩ
C.电流表0~0.6 A,内阻约0.05 Ω D.电流表0~3 A,内阻约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)
(3)实验中他的实物接线如图b所示,请指出接线中的两处明显错误.
错误1:___________________________________________________________
错误2:____________________________________________________________
(4)用已知的物理常数和应直接测量的物理量(均用符号表示),推导出计算金属管线内径的表达式d=______________;
(5)在实验中,下列说法正确的是________.
A.为使电流表读数明显,应使电流尽可能大些
B.为操作方便,中间过程可保持开关S一直处于闭合状态
C.千分尺的精确度是千分之一毫米
D.用千分尺测量直径时必须估读一位
复习:(1997年高考题)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。
1.提供的电流表中,应选用______(填写字母代号)。
2.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