高二物理步步高3-1第二章 学案4高中物理

学案4 学生实验：探究决定导体电阻的因素

[学习目标定位] 1.进一步掌握用伏安法测电阻的电路的设计思想.2.掌握螺旋测微器的读数方法.3.掌握探究决定导体电阻的因素的实验原理、实验过程及数据处理方法．

一、实验原理

U

1．把金属丝接入电路中，用伏安法测金属丝的电阻R(R＝)．电路原理如图1所示．

I

图1

2．用毫米刻度尺测出金属丝的长度l，用螺旋测微器测出金属丝的直径d，算出横截面积S(Sπd2

＝)． 4

lRSπd2Rπd2U

3．由电阻定律R＝ρ，得ρ＝＝＝，求出电阻率．

Sl4l4lI二、实验器材

螺旋测微器、毫米刻度尺、电压表、电流表、定值电阻、开关及导线、被测金属导线、电池、滑动变阻器． 三、螺旋测微器

1．构造及原理：如图2所示，它的测砧A和固定刻度B固定在尺架C上，可动刻度E、旋钮D，微调旋钮D′是与测微螺杆F连在一起的，并通过精密螺纹套在B上，精密螺纹的螺距是0.5 mm，即旋钮D每转一周，测微螺杆F前进或后退0.5 mm，可动刻度分成50等份，每一等份表示0.01_mm.

图2

2．使用方法：当A与F并拢时，可动刻度E的零点恰好跟固定刻度B的零点重合，逆时针旋转旋钮D，将测微螺杆F旋出，把被测物体放入A、F之间，再顺时针旋转旋钮D，使A、F正好接触被测物．在使用时，F快要接触被测物时，要停止使用旋钮D，改用微调旋钮D′.

一、实验操作 1．实验步骤

(1)测直径：用螺旋测微器在被测金属丝上三个不同位置各测一次直径，并记录．

图3

(2)连电路：按如图3所示的电路图连接实验电路．

(3)量长度：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3次，并记录． (4)求电阻：把滑动变阻器的滑动触头调节到使接入电路中的电阻值最大的位置，电路经检查确认无误后，闭合开关S.改变滑动变阻器滑动触头的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值，记入表格内，断开开关S. (5)拆除实验电路，整理好实验器材． 2．数据处理

电阻R的数值可用以下两种方法确定：

(1)计算法：利用每次测量的U、I值分别计算出电阻，再求出电阻的平均值作为测量结果． (2)图像法：可建立I－U坐标系，将测量的U、I值描点作出图像，利用图像的斜率来求出电阻值R.

3．实验注意事项

(1)因一般金属丝电阻较小，为了减少实验的系统误差，必须选择电流表外接法； (2)本实验若用限流式接法，在接通电源之前应将滑动变阻器调到阻值最大状态．

(3)测量l时应测接入电路的金属丝的有效长度(即两接线柱之间的长度)；在金属丝的3个不同位置上用螺旋测微器测量直径d.

(4)电流不宜过大(电流表用0～0.6 A量程)，通电时间不宜太长，以免电阻率因温度升高而变化．

二、螺旋测微器的读数

L＝固定刻度示数＋可动刻度示数(估读一位)×分度值．

注意 (1)以毫米为单位时，小数点后面要有三位有效数字，特别是最后一位估读数字为零时，不能省略．

(2)在读数时注意半毫米刻度线是否已露出 例如(如图4所示)

图4

甲图读数为：2 mm＋32.0×0.01 mm＝2.320 mm 乙图读数为：13.5 mm＋37.0×0.01 mm＝13.870 mm

一、仪器的选择和电路的设计

例1 在探究决定导体电阻的因素的实验中，可供选用的器材如下： 待测金属丝：Rx(阻值约4 Ω，额定电流约0.5 A)； 电压表：V(量程3 V，内阻约3 kΩ)； 电流表：A1(量程0.6 A，内阻约0.2 Ω)； A2(量程3 A，内阻约0.05 Ω)； 电源：E1(电源电压为3 V)； E2(电源电压为12 V)；

滑动变阻器：R(最大阻值约20 Ω)； 螺旋测微器；毫米刻度尺；开关S；导线．

(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图5所示，读数为________mm.

图5

(2)若滑动变阻器采用限流式接法，为使测量尽量精确，电流表应选________，电源应选________(均填器材代号)，在虚线框中完成电路原理图．

解析 (1)螺旋测微器的读数为： 1．5 mm＋27.4×0.01 mm＝1.774 mm.

(2)在用伏安法测电阻的实验中，为使测量尽量精确，电流表、电压表指针需达到半偏以上，又因待测金属丝的额定电流为0.5 A，所以电流表选A1，电源选E1即可．电路原理图如图所示．

答案 (1)1.774(1.772～1.776均正确) (2)A1 E1 见解析图 二、数据处理和实物图的连线

例2 在探究决定导体电阻的因素的实验中，金属丝长约0.8 m，直径小于 1 mm，电阻在5 Ω左右，实验步骤如下：

(1)用米尺测量金属丝的长度，测三次，求出平均值l，在金属丝的不同位置用________测量直径，求出平均值d.

(2)用伏安法测量金属丝的电阻R.试把图6中所给的器材连接成测量R的合适的电路．图中电流表的量程为0～0.6 A，内阻接近1 Ω，电压表的量程为0～3 V，内阻为几千欧，电源的电动势为6 V，滑动变阻器的阻值为0～20 Ω，在闭合开关前，滑动变阻器的滑片应处于正确位置．

图6

(3)用上面测得的金属丝长度l、直径d和电阻R，可根据电阻率的表达式ρ＝________，算出所测金属的电阻率．

解析 (1)金属丝的直径用螺旋测微器测量．

(2)连电路图时，由于被测金属丝的电阻值较小，因此应采用电流表外接法，并且滑动变阻器采取限流式接法，闭合开关前，滑动变阻器的滑片应处在最大阻值处．电路图如图所示．

lRSπdR(3)由电阻定律R＝ρ，有ρ＝＝.

Sl4lπd2R

答案 (1)螺旋测微器 (2)见解析图 (3)

4l

2

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