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7-3恒定电流
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必考部分
选修3-1第恒定电流
实验(一) 测定金属的电阻率
一、实验目的
1.掌握螺旋测微器的原理及读数方法.
2.测定金属的电阻率.
3.进一步熟练电流表、电压表的使用及伏安法测电阻.
知 识 梳 理
二、实验原理
1.把金属丝接入电路中,用伏安法测导线的电阻Rx(Rx=),电路原理如图7-3-1所示.
图7-3-1
2.用米尺量得金属丝的长度l,用螺旋测微器量得金属丝的直径,算出横截面积S.
3.利用电阻定律R=ρ,得出金属丝电阻率的公式ρ=.
三、实验器材
金属丝,米尺,螺旋测微器,电压表,电流表,直流电源,开关,滑动变阻器,导线若干.
四、实验步骤
1.用螺旋测微器在被测金属导线上三个不同的位置各测一次直径,求出其平均值d,计算出导线的横截面积S.
2.按图7-3-1所示电路图连接好用伏安法测电阻的实验电路.
3.用米尺测量接入电路中的被测金属导线的有效长度,反复测量3次,求出其平均值l.
4.把滑动变阻器的滑片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,填入记录表格内.断开开关S.求出导线电阻R的平均值.
5.将测得的R、l、d的值代入电阻率计算公式ρ=中,计算出金属导线的电阻率.
6.拆去实验线路,整理好实验器材.
五、注意事项
1.本实验中被测金属导线的电阻值较小,因此实验电路必须用电流表外接法.
2.实验连线时,应先从电源的正极出发,依次将电源、开关、电流表、待测金属导线、滑动变阻器连成主干线路,然后再把电压表并联在待测金属导线的两端.
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,亦即电压表两端点的待测导线长度,测量时应将导线拉直.
4.测金属丝直径一定要选三个不同部位进行测量.
5.闭合开关S之前,一定要使滑动变阻器的滑片处在有效电阻值最大的位置.
6.在用伏安法测电阻时,通过待测导线的电流I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明显升高,造成其电阻率在实验过程中逐渐增大.
7.求R的平均值可用两种方法:第一种是用R=U/I算出各次测量值,再取平均值;第二种是用图象(U-I图线)来求出.若采用图象法,在描点时,要尽量使各点间的距离拉大一些,连线时要尽可能地让各点均匀分布在直线的两侧,个别明显偏离较远的点可以不予考虑.
六、实验误差分析
1.金属丝直径、长度的测量带来误差.
2.测量电路中电流表及电压表对电阻测量的影响,因为电流表外接,所以R测<R真,由R=ρ,知ρ测<ρ真.
3.通电电流过大,时间过长,致使金属丝发热,电阻率随之变化带来误差.
附:
一、螺旋测微器的原理及使用
1.构造.
如图7-3-2所示是常用的螺旋测微器,它的小砧A和固定刻度B固定在框架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7-3-2
2.原理.
精密螺纹的螺距是0.5 mm,即每旋转一周,F前进或后退0.5 mm,把这一周分成50等份,每一等份对应固定刻度上的0.01 mm,即可动刻度每转过一等份,F前进或后退0.01 mm.因此,从可动刻度旋转了多少等份就知道长度变化了多少个0.01 mm.用它测量长度,可以精确到0.01 mm,还可估读到0.001 mm(即毫米的千分位),因此螺旋测微器又称为千分尺,它把前后方向的微小变化和圆周上的旋转变化对应起来,放大了这种变化.
3.读数方法.
先从固定刻度B上读出半毫米整数倍的部分,不足半毫米的部分由可动刻度读出,即看可动刻度上的第几条刻度线与固定刻度线上的轴向线重合,从而读出可动刻度示数(注意估读).即有:
测量长度=固定刻度示数+可动刻度示数×精确度(注意单位为mm).如图7-3-3所示,固定刻度示数为2.0 mm,不足半毫米的部分从可动刻度上读的示数为15.5格,最后的读数为:2.0 mm+15.5×0.01 mm,若记录结果有零或好几个零时,特别容易出错,要补足到千分位.
图7-3-
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