【高中物理】實驗：導(dǎo)體電阻率的測量+課件+高二上學期物理人教版（2019）必修第三冊

實驗：導(dǎo)體電阻率的測量第1課時電阻定律1.內(nèi)容：同種材料的導(dǎo)體，其電阻R與它的長度l成正比，與它的橫截面積S成反比；導(dǎo)體電阻還與構(gòu)成它的材料有關(guān)。2.決定式：3.適用條件：溫度一定,粗細均勻的金屬導(dǎo)體，或濃度均勻的電解液。導(dǎo)體的電阻率1.意義：反映材料導(dǎo)電性能好壞的物理量。2.定義式：3.單位：歐·米（Ω·m）復(fù)習回顧

探索求知任務(wù)：導(dǎo)體電阻率的測量

：測量導(dǎo)體的橫截面積。：測量導(dǎo)體的長度。：測量導(dǎo)體的電阻。

實驗1：長度的測量及測量工具的選用溫故知新1、長度是物理學當中的基本物理量。2、常用測量工具：刻度尺3、回顧用刻度尺測量長度的方法以及讀數(shù)規(guī)則。例：毫米刻度尺毫米刻度尺的最小分度值為

,最大誤差

.測量時應(yīng)精確到

mm,估讀到

mm.1mm0.5mm10.1【64.9mm】實驗1：長度的測量及測量工具的選用思考1：如何測量一根金屬絲的直徑？將金屬絲緊密纏繞在鉛筆上，繞n圈，用刻度尺測出總寬度，再除以n，所得即為直徑。累積法思考2：可否用刻度尺直接測量一根金屬絲的直徑？誤差太大思考3：有無測量工具可直接測量一根金屬絲的直徑？①游標卡尺；②螺旋測微器實驗1：長度的測量及測量工具的選用①游標卡尺實驗1：長度的測量及測量工具的選用①游標卡尺(1)構(gòu)造：主尺、游標尺、測量爪、緊固螺釘、深度尺實驗1：長度的測量及測量工具的選用①游標卡尺測量之前：（1）游標尺的零刻度線與主尺的零刻度線對齊（2）內(nèi)、外測量爪并攏，處于一條直線上（3）深度尺與主尺端面對齊實驗1：長度的測量及測量工具的選用①游標卡尺向右移動游標卡尺：（1）內(nèi)、外測量爪、深度尺與游標尺連在一起同步移動（游標尺的零刻度線向右移動了多少，各兩爪之間就分開了多少距離）（2）游標尺的零刻度線指示各兩爪張開的距離(2)用途：測量厚度、長度、深度、內(nèi)徑、外徑．實驗1：長度的測量及測量工具的選用①游標卡尺內(nèi)測量爪：測內(nèi)徑外測量爪：測外徑深度尺：測深度實驗1：長度的測量及測量工具的選用①游標卡尺常見的游標卡尺有10分度、20分度和50分度（游標尺上小等分刻度有10格的、20格的、50格）三種：10分度游標卡尺游標尺等分刻度數(shù)：10個主尺：毫米刻度尺（分度值為1mm）讀數(shù)方法：主尺讀數(shù)+游標尺讀數(shù)游標尺讀數(shù)=游標尺與主尺對齊刻度數(shù)×0.1mm注意：游標卡尺無需估讀！類型一：10分度例1、讀出游標卡尺讀數(shù)為________cm.5.45實驗1：長度的測量及測量工具的選用①游標卡尺20分度游標卡尺游標尺等分刻度數(shù)：20個主尺：毫米刻度尺（分度值為1mm）讀數(shù)方法：主尺讀數(shù)+游標尺讀數(shù)游標尺讀數(shù)=游標尺與主尺對齊刻度數(shù)×0.05mm注意：游標卡尺無需估讀！類型二20分度例2、某學生用游標尺上標有20等分刻度的游標卡尺測一工件的長度，測得的結(jié)果如下圖所示，則該工件的長度l＝________cm.5.015實驗1：長度的測量及測量工具的選用①游標卡尺50分度游標卡尺游標尺等分刻度數(shù)：50個主尺：毫米刻度尺（分度值為1mm）讀數(shù)方法：主尺讀數(shù)+游標尺讀數(shù)游標尺讀數(shù)=游標尺與主尺對齊刻度數(shù)×0.02mm注意：游標卡尺無需估讀！類型三50分度例3、下圖中游標卡尺(游標尺上有50個等分刻度)讀數(shù)為________cm.1.094實驗1：長度的測量及測量工具的選用①游標卡尺(3)原理：利用主尺的單位刻度(1mm)與游標尺的單位刻度之間固定的微量差值來提高測量精度。不管游標尺上有多少個小等分刻度,它的刻度部分的總長度比主尺上的同數(shù)量的小等分刻度少1mm。(4)讀數(shù):若用x表示由主尺上讀出的整毫米數(shù),n表示從游標尺上讀出與主尺上某一刻線對齊的游標尺的格數(shù),則記錄結(jié)果表達為(x+n×精確度)mm。注：①游標卡尺不估讀②讀主尺時，需讀與游標尺0刻線響鄰以左的整毫米數(shù)，不要讀成機械末端。1.游標卡尺的主尺最小分度為

，圖1尺的精度是

mm，讀數(shù)是

mm;

圖2中的精度是

mm，讀數(shù)是

mm.1mm0.140.80.0510.45圖1圖2小試牛刀2.讀出以下各游標尺的測量值10.95mm9.8mm11.80mm小試牛刀實驗1：長度的測量及測量工具的選用②螺旋測微器螺旋測微器又叫千分尺（1）構(gòu)造：測砧A；測微螺桿P；固定刻度G；可動刻度H；框架F；旋鈕K；微調(diào)旋鈕K′實驗1：長度的測量及測量工具的選用②螺旋測微器螺距：相鄰兩條螺紋之間的距離實驗1：長度的測量及測量工具的選用②螺旋測微器(1)旋鈕旋轉(zhuǎn)一周，移動距離為一個螺距（0.5mm）(2)可動刻度有50個等分刻度(3)可動刻度每旋轉(zhuǎn)一格，測微螺桿移動距離為0.01mm原理：可動刻度H上的刻度為50等份，每旋轉(zhuǎn)一周，螺桿前進或后退0.5mm，可動刻度每轉(zhuǎn)過一等份，螺桿前進或后退0.01mm，則螺旋測微器的精確度為0.01mm。實驗1：長度的測量及測量工具的選用②螺旋測微器讀數(shù)：測量時被測物體長度的整數(shù)部分有固定刻度上讀出，小數(shù)部分由可動刻度讀出（注意要估讀一位數(shù)）以毫米為單位時,小數(shù)點后面要有三位有效數(shù)字,特別是最后一位估讀數(shù)字為零時,不能省略。讀數(shù)時，特別要注意固定刻度上表示0.5mm的刻度線是否從“旋轉(zhuǎn)套”邊緣露出，避免少讀0.5mm。實驗1：長度的測量及測量工具的選用②螺旋測微器固定刻度讀數(shù)：6.5mm可動刻度讀數(shù)：0.225mm（估讀后一位）22.5格×0.01mm最終讀數(shù)：6.725mm（3）讀數(shù)方法：固定刻度讀數(shù)+可動刻度讀數(shù)可動刻度讀數(shù)：轉(zhuǎn)動格數(shù)（估讀）×0.01mm說明：以mm為單位，讀數(shù)至小數(shù)點后三位，即千分之一毫米，故螺旋測微器又名千分尺。實驗1：長度的測量及測量工具的選用②螺旋測微器（4）操作說明：當A與F并攏時,可動刻度E的零點恰好跟固定刻度B的零點重合,逆時針旋轉(zhuǎn)旋鈕D,將測微螺桿F旋出,把被測物體放入A、F之間的夾縫中,再順時針旋轉(zhuǎn)旋鈕D,F快要接觸被測物時,要停止使用旋鈕D,改用微調(diào)旋鈕D',直到聽到“咔、咔”聲即可停止，開始讀數(shù)。小試牛刀類型1半刻度已露出例1、下圖是用螺旋測微器測量金屬棒直徑的示意圖，金屬棒的直徑為：________mm.3.550小試牛刀類型2半刻度未露出例2、某學生用螺旋測微器在測定某一金屬絲的直徑時，測得的結(jié)果如下圖所示，則該金屬絲的直徑d＝________mm.3.205小試牛刀類型3水平刻度線對齊例3、在測定金屬絲的直徑時，螺旋測微器的讀數(shù)如圖所示，可知該金屬絲的直線d＝________mm.0.900小試牛刀14.134mm8.561mm1.783mm1.780mm5.033mm實驗：導(dǎo)體電阻率的測量第2課時任務(wù)：金屬絲電阻率的測量

：測量金屬絲的橫截面積。：測量金屬絲的長度。：測量金屬絲的電阻。

測量金屬絲接入電路的有效長度橫截面積不可直接測量，轉(zhuǎn)換為測量金屬絲的直徑d設(shè)置相關(guān)電路，測得通過金屬絲的電壓與電流綜上：直接測得長度為l；電阻為R；由測直徑d，可知，得橫截面積，故電阻率最終表達式為：實驗2：金屬絲電阻率的測量1、物理量的測量（1）測量金屬絲的長度l測量工具：毫米刻度尺（電阻絲總長度有幾十厘米，可選用毫米刻度尺）；分度值1mm，可讀到0.1mm測量思路：測量接入電路的電阻絲有效長度，多測幾次求取平均值。有效長度實驗2：金屬絲電阻率的測量1、物理量的測量（2）測量金屬絲的橫截面積測量思路：測量金屬絲的直徑d，利用面積公式，間接得出金屬絲的橫截面積。測量方法：①選刻度尺，利用累積法測直徑；②選螺旋測微器或游標卡尺直接測量直徑，在電阻絲的不同位置測量3次，求得直徑的平均值為方便測量與減小誤差，采用螺旋測微器進行金屬絲直徑的測量分度值為0.01mm，可讀至0.001mm實驗2：金屬絲電阻率的測量1、物理量的測量（3）測量電阻大小R測量思路：利用電阻的定義式，連接電路，測出金屬絲所通過電流和電壓的大小測量方法：伏安法（安安法；伏伏法等皆可）原理：RxIxUx實驗2：金屬絲電阻率的測量1、物理量的測量（3）測量電阻大小R用電壓表測電壓用電流表測電流伏安法測電阻伏安法：用電壓表測出電阻兩端的電壓U，用電流表測出通過電阻的電流I，利用部分電路歐姆定律可以算出電阻的阻值RAVRxAVRx常見的電流表、電壓表接法實驗2：金屬絲電阻率的測量1、物理量的測量（3）測量電阻大小R伏安法測電阻的接法①內(nèi)接法：電流表接在電壓表兩接線柱內(nèi)側(cè)，通常叫“內(nèi)接法”AVRx電流表在內(nèi)電壓表示數(shù)：電流表示數(shù)：>R測R真內(nèi)接法誤差分析：誤差來源于電流表的分壓。思考：在此接法的基礎(chǔ)上如何減小誤差？電流表分壓越小，則誤差越小。即在測量電阻一定的情況下，同量程的電流表的自身電阻越小越好。在設(shè)置電路時可知，該電路適合測較大的電阻，即R>>RA（且測量數(shù)據(jù)比真實數(shù)據(jù)大。）實驗2：金屬絲電阻率的測量1、物理量的測量（3）測量電阻大小R伏安法測電阻的接法②外接法：電流表接在電壓表兩接線柱外側(cè)，通常叫“外接法”AVRx電流表在外電壓表示數(shù)：電流表示數(shù)：<R測R真外接法誤差分析：誤差來源于電壓表的分流。思考：在此接法的基礎(chǔ)上如何減小誤差？電壓表分流越小，則誤差越小。即在測量電阻一定的情況下，同量程的電壓表的自身電阻越大越好。在設(shè)置電路時可知，該電路適合測較小的電阻，即R<<RV（且測量數(shù)據(jù)比真實數(shù)據(jù)小。）實驗2：金屬絲電阻率的測量1、物理量的測量（3）測量電阻大小R伏安法測電阻的接法內(nèi)接法、外接法都存在一定的誤差一般記為“內(nèi)大外小”（內(nèi)接法測量大電阻，測值偏大；外接法測量小電阻，測值偏小）思考：除了通過計算相對誤差的方式來判斷連接方式，我們還能如何迅速選擇電路是內(nèi)接還是外接？實驗2：金屬絲電阻率的測量1、物理量的測量（3）測量電阻大小R內(nèi)、外接法的選擇①臨界值法：從“內(nèi)大外小”的角度而言，測大電阻用內(nèi)接法，測小電阻用外接法。電阻的大小分界值則為臨界值臨界電阻為當RX>R0時，測量電阻RX為大電阻，采用內(nèi)接法。當RX<R0時，測量電阻RX為小電阻，采用外接法。當RX=R0時，內(nèi)外接法都可以。實驗2：金屬絲電阻率的測量1、物理量的測量（3）測量電阻大小R內(nèi)、外接法的選擇②試觸法：按內(nèi)外接的方式依次連接，觀察電流表、電壓表示數(shù)變化情況。VASabR若電壓表示數(shù)有明顯變化，則說明電流表的分壓作用明顯。此時適用外接法，外接法誤差更小。若電流表示數(shù)有明顯變化，則說明電壓表的分流作用明顯。此時適用內(nèi)接法，內(nèi)接法誤差更小。實驗2：金屬絲電阻率的測量1、物理量的測量（3）測量電阻大小R內(nèi)、外接法的選擇③已知內(nèi)阻法：適用于電流表（或電壓表）準確值已知的情況當電壓表的內(nèi)阻準確值已知，電流表內(nèi)阻未知，采用外接法，無系統(tǒng)誤差。當電流表的內(nèi)阻準確值已知，電壓表內(nèi)阻未知，采用內(nèi)接法，無系統(tǒng)誤差。當兩電表的內(nèi)阻準確值均已知，內(nèi)、外接法均可，都無系統(tǒng)誤差。小試牛刀例1、在伏安法測電阻的實驗中，待測電阻Rx約為200Ω，電壓表?的內(nèi)阻約為2kΩ，電流表?的內(nèi)阻約為10Ω，測量電路中電流表的連接方式如圖（a）或圖（b）所示，計算結(jié)果由計算得出，式中U與I分別為電壓表和電流表的讀數(shù)；若將圖（a）和圖（b）中電路測得的電阻值分別記為Rx1和Rx2，則_______更接近待測電阻的真實值，且測量值Rx1________（填“大于”、“等于”或“小于”）真實值，測量值Rx2_________（填“大于”、“等于”或“小于”）真實值。Rx1大于小于例2、測量金屬絲電阻Rx的電路圖如圖2所示，閉合開關(guān)S，先后將電壓表右側(cè)接線端P接a、b點時，電壓表和電流表示數(shù)如下表所示。該學生認真觀察到兩次測量中，電流表的讀數(shù)幾乎未變，發(fā)生這種現(xiàn)象的原因是_______________________________________________。比較合理且較準確的金屬絲電阻Rx測=_____(保留兩位有效數(shù)字)，從系統(tǒng)誤差角度分析，Rx的測量值Rx測與其真實值比較，Rx測_____Rx真．(填“＜”、“=”或“＞”)。

電壓表內(nèi)阻遠大于金屬絲電阻，電壓表分流幾乎為零12Ω＜小試牛刀實驗2：金屬絲電阻率的測量1、物理量的測量（3）測量電阻大小R測量未知電阻時，需重復(fù)試驗，取同一電阻的多組電壓和電流值。若分別當同一電阻接入不同的電源電壓測量則比較麻煩。此時可接入滑動變阻器，起到在同一電路中，可以直接改變測量電阻的電流或電壓的大小的作用，達到測多組數(shù)據(jù)的實驗效果。思考：滑動變阻器該如何接入電路？實驗2：金屬絲電阻率的測量1、物理量的測量（3）測量電阻大小R滑動變阻器的接法限流式接法

U0SRABPRx分壓式接法

U0SPRxRAB目的：調(diào)節(jié)滑動變阻器使得電阻有多組U、I數(shù)據(jù)①限流式（滑動變阻器與測量電阻串聯(lián)）

U0SRABPRx實驗2：金屬絲電阻率的測量1、物理量的測量（3）測量電阻大小R滑動變阻器的接法限流式：滑動變阻器主要作用為限制電流在此電路中，滑動變阻器通過改變自身接入電路的阻值，進而影響電路的總電流。從而達到改變測量電阻電流和電壓的目的，得到多組數(shù)據(jù)。RAP為滑變接入電路電阻RBP為滑變未接入電路電阻①限流式（滑動變阻器與測量電阻串聯(lián)）

U0SRABPRx思考：滑片P在移動過程中，待測電阻RX的電壓和電流該如何變化？當滑片P處于A端：滑變接入阻值RP=0;待測電阻所分電壓最大，為電源電壓U0；待測電阻的電流

當滑片P處于B端：滑變接入阻值RP=Rmax；待測阻值所分電壓最小，為；待測電阻的電流

實驗2：金屬絲電阻率的測量1、物理量的測量（3）測量電阻大小R滑動變阻器的接法②分壓式（滑動變阻器一部分與測量電阻并聯(lián)之后，再與另一部分滑變剩余電阻串聯(lián)）

U0SPRxRAB分壓式：滑動變阻器的主要作用為分壓此電路中，滑變通過改變自身與并聯(lián)電路串聯(lián)部分的電阻，達到改變待測電阻分得電壓從而達到改變測量電阻電流和電壓的目的，得到多組數(shù)據(jù)。②分壓式（滑動變阻器一部分與測量電阻并聯(lián)之后，再與另一部分滑變剩余電阻串聯(lián)）

U0SPRxRAB思考：滑片P在移動過程中，待測電阻RX的電壓和電流該如何變化？當滑片P處于A端：滑變?nèi)孔柚礡max與Rx并聯(lián)(RAP=0；RBP=Rmax與Rx并聯(lián))待測電阻所分電壓最大，為電源電壓U0；待測電阻的電流當滑片P處于B端：滑變接入全部阻值Rmax，此時Rx被短路(RAP=Rmax;RBP=0與Rx并聯(lián))待測阻值所分電壓最小，為0；待測電阻的電流為0

實驗2：金屬絲電阻率的測量1、物理量的測量（3）測量電阻大小R滑動變阻器的接法的選擇在實際電路的選擇中，我們遵循以下原則：（1）當限流式接法無法滿足實驗要求時，我們選擇分壓式接法。（如：采用限流式接法時，滑變調(diào)到最大值，待測電阻的電流（電壓）超過了其額定電流（電壓）；或超過電流表（電壓表的量程時））（2）當待測電阻比滑變最大值大得多時，我們選用分壓式接法。（因為在待測電阻比滑變最大值大得多的時候，調(diào)節(jié)滑動變阻器的阻值，待測電阻上的電壓或電流變化范圍不夠大）（3）若電壓要求從0開始調(diào)節(jié)，我們只能選用分壓式接法。（4）若兩種接法都滿足的情況下，我們選用較為節(jié)能的限流式接法。大載分壓，小限流限流式電路的特點：①電壓不能從零開始調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍較小，但電路結(jié)構(gòu)較為簡單。②電能損耗較小。分壓式電路的特點：①電壓可以從零開始調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍較大。

但電路結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。②電能損耗較大。

分壓外接法

VARx分壓內(nèi)接法AVRx限流內(nèi)接法

RxAV

限流外接法

RxAV由于電阻絲的電阻較小，我們做實驗時，選擇外接法；不要求電壓從0開始調(diào)節(jié)，選擇耗能較低的限流法。實驗2：金屬絲電阻率的測量2、實驗過程(1)用_____________在不同位置多次測量金屬絲的直徑，算出其平均值。(2)把金屬絲兩端固定在接線柱上使其拉直，用_______多次測量接入電路部分的金屬絲的長度，算出其平均值。(3)按設(shè)計的電路圖連接電路，并將滑動變阻器的滑片置于阻值最大端。(4)閉合開關(guān)，改變滑片位置，測出若干組電流、電壓值，填入設(shè)計的表格中。(5)測量結(jié)束后打開開關(guān)，拆除電路，整理實驗器材。螺旋測微器刻度尺實驗2：金屬絲電阻率的測量3、數(shù)據(jù)處理在求Rx的值時可用兩種方法計算電阻率

實驗2：金屬絲電阻率的測量4、誤差分析產(chǎn)生原因減小方法偶然誤差測量金屬絲的直徑和長度出現(xiàn)誤差改換位置或多次測量取平均值電表讀數(shù)出現(xiàn)誤差眼睛正視指針通電電流過大或時間過長、致使金屬絲發(fā)熱,造成所測電阻較大實驗中應(yīng)使電流不要過大,閉合開關(guān)后待穩(wěn)定時盡快讀數(shù),然后斷開開關(guān)系統(tǒng)誤差電流表的外接使電壓表分流造成誤差采用內(nèi)阻很大的電壓表實驗2：金屬絲電阻率的測量5、注意事項（1）金屬絲的電阻值較小，實驗電路一般采用電流表外接法。（2）測量金屬絲的有效長度，是指測量金屬絲接入電路的兩個端點之間