3实验：金属丝电阻率的测量
学习目标
掌握游标卡尺和螺旋测微器的读数方法
掌握电流表、电压表的读数方法．
掌握测量金属丝电阻率的实验原理和方法
了解伏安法测电阻的思路及实验数据的处理方法．
知识点一、游标卡尺的原理及读数
组成部分有, 主尺, 带有内、外测量爪的游标尺, 其中主尺和游标尺分别都有内、外测量爪, 并且游标卡尺上存在一个深度尺, 呈现的样子如图所示。
原理: 借助主尺单位刻度跟游标尺单位刻度间固定存在的微量差值, 以此实现提高测量精度的目的。不管游标尺之上有着多少数量的小等分刻度, 它刻度部分的总长度相较于主尺当中同样数量的小等分刻度而言, 是少了1mm的。常见的游标尺上小等分刻度存在数量为10个、20个、50个的情况, 其对应规格展示于下边列着的表中:
刻度格数(分度)
刻度总长度
1mm与每小格的差值
精确度(可精确到)
10
9mm
0.1mm
0.1mm
20
19mm
0.05mm
0.05mm
50
49mm
0.02mm
0.02mm
用途：测量厚度、长度、深度、内径、外径．
示数读取: 要是拿x去表示凭借主尺所读出的整毫米数, 将K表示成从游标尺那里读出的、与主尺上某一条刻度线相契合的游标尺的格数, 那么记录所得的结果按(x＋K×精确度)mm来进行表达。
注意事项
游标卡尺读数是依据刻度线对齐进行, 故而无需估读, 然而读数时要留意最小精确度处于的位数, 要是读数最后一位为零, 那个零不可去掉。
进行读数操作的时候, 需要留意的是, 和主尺达成对齐状态的游标尺的刻度线条数量, 而这数量是不包含零刻度线的。
知识点二、螺旋测微器的原理及读数
构造, 如图所示, 它的测砧A, 固定在尺架C上, 固定刻度B, 也固定在尺架C上, 可动刻度E, 与测微螺杆F连在一起, 旋钮D, 与测微螺杆F连在一起, 微调旋钮D′, 同样与测微螺杆F连在一起, 可动刻度E、旋钮D和微调旋钮D′, 通过精密螺纹套在B上。
原因是这样的, 存在一个测微螺杆F, 它与固定刻度B的紧密相连, 且该部分具有精密螺纹, 这个精密螺纹的螺距是0.5mm, 明确来说, 便是当旋钮D每转动一周的时候, F会向前行进或者向后退回0.5mm，另外, 可发现可动刻度E上面配有50个等距离的刻度, 当可动刻度每转动一格, F又会向前行进或者向后退回0.01mm, 所以, 这就表明螺旋测微器的精确程度为0.01mm, 需在数据读取时精确到毫米这个单位的千分位上, 故而, 螺旋测微器又被称作千分尺。
读数的方式是这样的, L等于固定刻度所显示的数值, 加上可动刻度显示的数值, 并且要对可动刻度示数进行估读一位, 然后再乘以0.01mm。
注意事项
读数的时候, 要准确到零点零一毫米, 还得估读到零点零零一毫米, 要是测量结果用毫米作为单位, 那么小数点后面就得保留三位。
读数时，要注意固定刻度上半毫米刻度线是否露出．
知识点三、测量金属电阻率实验思路
实验电路进行设计, 呈现这样的情况, 一段金属电阻丝被拿来连接到电路里, 电阻丝的电阻R被测量出来，长度l得到测定, 直径d也测出来了, 这里S等于四分之πd方, 依据R等于ρ乘以l除以S可得, ρ等于用R、S、l表示的, 用这表述就是RS除以l, 还等于用R、d、l表示的, 也就是四分之πd平方R除以l, 通过这样的方式从而计算出该电阻丝所用材料的电阻率。
关乎电阻实施测量的操作: 鉴于伏安法测定电阻所蕴含的思路: 借助电压表来对电阻丝两端的电压予以测量, 依靠电流表去测定电阻丝当中的电流, 读取多组有关电压、电流的数值, 凭借U－I图像从而求取R。
电阻丝有效长度的测量
拿起刻度尺, 去测量那接入电流路径里的电阻丝的, 有着实际作用的长度l, 多次进行反复的测量操作, 进而得出那个有着实际作用长度的平均数值。
测量电阻丝直径时, 因电阻丝更细, 故而我们挑选螺旋测微器或者游标卡尺去测电阻丝的直径d, 于不同位置测量三次, 依据S＝eqf(1,4)πd2算出电阻丝的横截面积S。
采用公式法来求电阻时, 要测量多组电流值, 还要测量多组电压值, 在求出对应的电阻之后, 取这些电阻的平均值, 然而不能对电流取平均值, 也不能对电压取平均值。
用图像法来求电阻, 需先作出U－I图像, 再根据图像的斜率求出电阻值, 还要在设定标度的时候使各点间的距离能尽量被拉大一些, 在连线时要让各点在直线两侧均匀分布, 对于那些个别偏离较远的点可以不予以考虑．。
对于导体电阻率的计算, 要把三个测量值代入公式, 公式为ρ＝eqf(RS,l) , 而其中的S又等于eqf(πd2,4) , 所以最终公式是ρ＝eqf(πd2R,4l) , 通过这样的方式就能够求出电阻丝的电阻率。
误差分析
电阻丝通电时温度升高高中物理电阻测定，使所测电阻率比常温下电阻率略大．
电阻丝长度及电阻丝直径测量不准确．
采用电流表外接法测量电阻丝的电阻，使测量值比真实值小．
金属丝具有横截面积, 该横截面积乃是通过对直径进行计算从而得到的, 而直径的测量这个行为, 是致使产生误差的主要源头当中的其中一个。
知识点一：游标卡尺的原理及读数
【探究重点】
找出主尺里面读出的整毫米数x, 接着从游标尺那儿找到第k条刻度线跟主尺上某一条刻度线对齐, 把记录结果写成(x＋k×精确度)mm。
【例题精讲】
某实验小组, 为了去测量自来水的电阻, 从而得出自来水的电阻率, 在粗细均匀的圆柱形玻璃管里头, 注满了自来水, 玻璃管两端口, 用插有铁钉的橡皮塞给塞住了, 注水之前, 用如图甲所示游标卡尺的, （填A、B、C）测量爪, 去测玻璃管内径, 其示数如图乙所示, 那么该玻璃管的内径为。
即该玻璃管的内径为
【巩固训练】
某些工件的外径能够借助游标卡尺来进行测量, 于测量之际, 示数呈现为图8所示的样子, 那么其读数是这样确定的。
图8
知识点二：螺旋测微器的原理及读数
【探究重点】
采用测量的数值（以毫米为单位）, 它等于固定刻度所对应的数值（同样以毫米为单位）, 在此过程中要特别留意半毫米刻度线有没有显现出来, 然后再加之可动刻度所对应的数值（需进行估读一位）去乘以零点零一（单位为国毫米）。
【例题精讲】
在对“测定金属丝的电阻率”这一实验当中, 有一位同学展开了如下这般的操作, 此操作是在2022年辽宁模拟改编的情境下进行的。
（1）针对接入电路里的金属丝, 运用毫米刻度尺来测量其有效长度L, 之后, 借助螺旋测微器去测量该金属丝的直径D, 就如同图甲所呈现的那样, 进而得出D＝mm。
【巩固训练】
用螺旋测微器去测量两个物体的长度, 其具体的示数呈现于图9甲、乙当中, 把螺旋测微器的那读数给撰写出来。
图9
甲：；乙：.
知识点三：实验原理和操作
【探究重点】
要先对直径进行测量, 随后再连接电路, 而为了达成方便的目的, 在测量直径的时候, 应当是在金属丝被连入到电路之前去进行测量。
该实验里, 进行测量的时候测出的被测金属丝的电阻值比较小, 所以必须得采用电流表外接的这种方法来做这个实验。
对于电流控制而言, 电流不适合过大, 通电所持续的时间也不适合过长。不然的话, 金属丝达到的温度会过于高, 进而会致使电阻率在实验开展的过程当中变大。
【例题精讲】
2022年, 在山西太原重点高中质检时, 于高速铁路电力机车上, 为确保长距离稳定供电, 常用一种配件, 此配件为受电弓碳滑板。有一位同学, 想要利用如图（甲）所示的电路, 来测量一段碳滑板上碳材料的电阻率, 他是在工程师的指导之下, 把这种碳材料均匀涂抹在一根外径为d等于8.5mm的细长陶瓷管表面, 从而形成一层导电膜。
(1)那个同学借助螺旋测微器去测量涂抹完碳材料之后的陶瓷管之下的外径D, 其示数如同图（乙）所呈现这般, 那么外径D等于多少mm呢?
(2)根据图（甲）可以知道, 这一电路之中, 滑动变阻器究竟采用何种接法, 同时电流表又是采用何种接法。假定已经明确知道该导电膜的长度设定为L, 在某次进行测量的时候, 电压表所呈现出的读数是U, 电流表最终的读数为I, 那么关于该碳材料的电阻率, 可以通过怎样的表达式来呈现出来, 其表达式为ρ =（用已知量的符号进行表示）。
(3)你要, 在图(丙)的虚线框里头, 把图(甲)所展现的实物电路, 转换成电路原理图, 用给出的符号去连接着弄。
【巩固训练】
在“测定金属的电阻率”的实验中：
(1)在用螺旋测微器对金属丝直径进行测量之际, 其呈现的示数就如同图9甲所展示的那般, 那么金属丝的直径便是d等于。
(2)存在一位某同学, 其设计出了这样的电路, 此电路是如图乙所示的那种, 目的在于测量该金属丝的电阻, 该金属丝电阻的阻值大约是3Ω。
可选用的器材规格如下：
电源E(电动势3V)；
电流表A(0～0.6A，内阻约为0.5Ω)；
电流表G(0～10mA，内阻为50Ω)；
滑动变阻器R1(阻值0～5Ω高中物理电阻测定234范文网，额定电流2A)；
滑动变阻器R2(阻值0～1kΩ，额定电流1A)；
定值电阻R3＝250Ω；
定值电阻R4＝2500Ω；
开关S和导线若干．
①为了让操作变得便利于进行, 并且使得测量能够尽可能地趋向精确, 对于定值电阻而言应当进行选择, 对于滑动变阻器R来说同样应当予以选择。
②在某次测量时段, 电流表G所呈现的读数是5.0mA, 而电流表示出的数据为0.50A, 针对Rx准确值进行计算得出, Rx的值为(最后计算结果要保留3位有效数字)。
在2020年, 于安庆市会涉及到期末相关情况, 其中有一项要求是, 读出图1里游标卡尺以及螺旋测微器的读数, 游标卡尺的读数是, 螺旋测微器的读数是。
（2020·北京牛栏山一中进行高二期中时）, 于“测定金属丝的电阻率”这个实验里头, 小张同学所选取的是毫米刻度尺来测量金属丝的有效长度, 当出现金属丝的左端跟毫米刻度尺的“0"刻度相互对齐这种情况的时候, 其右端呈现为如图8甲所展示的样子, 进而会去用螺旋测微器测量金属丝的。