知识讲解 电学实验：探究导体电阻与材料的关系

让更多的孩子得到更好的教育 1 物理总复习：电学实验：探究导体的电阻与材料的关系 描绘小灯泡的伏安特性曲线 【考纲要求】 1、会使用游标卡尺、螺旋测微器； 2、知道测定金属的电阻率所使用的仪器，理解实验原理；会根据实验需要选择合适 的器材，能设计出合适的电路，能正确连接实验器材； 3、对实验误差有一定的认识； 4、知道“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验原理和器材，能按规范的步骤进行操作； 5、理解实验过程中合适器材的选择原则； 6、会根据需要选择选择不同的电路。 【考点梳理】 考点一、测定金属的电阻率 实验目的 1、学会使用各种常用电学仪器以及正确读数； 2、学会使用螺旋测微器并掌握正确读数方法； 3、学会用伏安法测量电阻的阻值，测定出金属的电阻率。 实验器材 　　被测金属丝、米尺、螺旋测微器、电压表、电流表、直流电源、电键、滑动变阻器和导 线若干 实验原理 1、螺旋测微器的构造原理及读数 　　（1）螺旋测微器的构造 　　如图所示是常用的螺旋测微器。它的小砧 A 和固定刻度 S 固定在框架 F 上。旋钮 K、 微调旋钮 和可动刻度 H、测微螺杆 P 连在一起，通过精密螺纹套在 S 上。 　 　　　 　　（2）螺旋测微器的原理 　　测微螺杆 P 与固定刻度 S 之间的精密螺纹的螺距为 0.5mm，即旋钮 K 每旋转一周，P 前进或后退 0.5mm，而可动刻度 H 上的刻度为 50 等份，每转动一小格，P 前进或后退 0.01mm。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数毫米数由固定刻度读出，小数部分由可动刻度 读出。 　　测量值（毫米）=固定刻度数（毫米）（注意半毫米刻线是否露出）＋可动刻度数（估 读一位）×0．01（毫米） 2．游标卡尺 　　（1）构造（如图）：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。 K′ 让更多的孩子得到更好的教育 2 　　（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的最小分度的差值制成的一种测量长度的工 具。 　　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 l 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，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 一刻度线对齐的游标的格数，则记录结果表达为（x＋Kx×精确度）mm。 3．电阻率的测定原理 　　欧姆定律和电阻定律，用毫米刻度尺测一段金属丝导线的长度 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，由 ，得 。 实验步骤 　　（1）用螺旋测微器在导线的三个不同位置上各测一次，取直径 d 的平均值，然后计算 出导线的横截面积 S； 　　（2）将金属丝两端固定在接线柱上悬空挂直，用毫米刻度尺测量接入电路的金属丝长 度 L（即有效长度），反复测量三次，求出平均值 L； 　　（3）依照图中所示的电路图用导线把器材连好，并把滑动变阻器的阻值调至最大； 　　 　　（4）电路经检查无误后，闭合电键 S，改变滑动变阻器滑动片的位置，读出几组相应 的电流表、电压表的示数 I 和 U 的值，记入记录表格内，断开电键 S，求出电阻 R 的平均值； 　　（5）将测得 R、L、d 的值，代入电阻率计算公式 ，计算出金属丝的 电阻率； 　　（6）整理好实验器材，实验结束。 注意事项 1、螺旋测微器的使用 LR S ρ= 2 4 RS d R L L πρ = = 2 4 RS d R L L πρ = = 让更多的孩子得到更好的教育 3 　　（1）测量前须校对零点：先使小砧 A 与测微螺杆 P 并拢，观察可动刻度零刻度线与固 定刻度的轴向线是否重合，以及可动刻度的边缘与固定刻度的零刻度线是否重合，不重合时， 用存放螺旋测微器盒中的工具调节，直到完全重合为止。 　　（2）测量时，当测微螺杆 P 将要接触被测物体时，要停止使用旋钮 K，改用微调旋钮 ， 以避免 P 和被测物体间产生过大的压力。这样，既可以保护仪器，又能保证测量结果准确。 当听到“咔、咔……”声后，止动，即可读数。 　　（3）螺旋测微器应估读一位，即以 mm 作单位，应读到小数点后面第三位。 　　（4）为防止读出的数据出现差错。可在读数前估计大概读数值，若发现最后读数与开 始估计数值相差较大，立即检查出错原因，如半毫米刻线是否露出。 2．测定金属的电阻率 要点诠释：　　 （1）本实验中被测金属导线的电阻值较小，为了减少实验的系统误差，必须采用电流 表外接法； 　　（2）实验连线时，应先从电源的正极出发，依次将电源、电键、电流表、待测金属丝、 滑动变阻器连成主干线路（闭合电路），然后再把电压表并联在待测金属丝的两端； 　　（3）测量被测金属导线的有效长度，是指测量待测导线接入电路的两个端点之间的长 度，即电压表两并入点间的部分待测导线长度，测量时应将导线拉直； 　　（4）闭合电键 S 之前，一定要使滑动变阻器的滑动片处在有效电阻值最大的位置； 　　（5）在用伏安法测电阻时，通过待测导线的电流 I 的值不宜过大（电流表用 0～0.6 A 量程），通电时间不宜过长，以免金属导线的温度过高，造成其电阻率在实验过程中增大； 　　（6）求 R 的平均值可用两种方法：第一种是用算出各次的测量值，再取平均值；第二 种是用图象 U 一 I（图线）的斜率来求出．若采用图象法，在描点时，要尽量使点间的距离 拉大一些，连线时要让各点均匀分布在直线两侧，个别明显偏离较远的点可以不予考虑； 　　（7）连接实物图时，所连的导线不要交叉，且接到接线柱上； 　　（8）电流表与电压表的读数，注意有效数字的位数。 误差分析——误差来源 　　1．直径测量； 　　2．长度测量； 　　3．测量电路中电流表及电压表对电阻测量的影响； 　　4．通电电流大小，时间长短，致使电阻丝发热，电阻率随之变化； 　　由于本实验采用电流表外接法，所以 ，由 ， 所以 。 考点二、描绘小灯泡的伏安特性曲线 实验目的 　　1、描绘小灯泡的伏安特性曲线； 　　2、分析曲线的变化规律并得出结论。 实验器材 　　小灯泡、4～6 V 学生电源、滑动变阻器、电压表、电流表、开关和导线若干 实验原理 　　在纯电阻电路中，电阻两端的电压与通过电阻的电流是线性关系，但在实际电路中，由 于各种因素的影响，U—I 图象不再是一条直线．读出若干组小灯泡两端的电压 U 和电流 I， 然后在坐标纸上以 U 为纵轴，以 I 为横轴画出 U 一 I 曲线。 实验步骤 要点诠释： 1、适当选择电流表、电压表的量程，采用电流表的外接法，按图所示的原理电路图连 接好实验电路图； K′ R R