【課件】新教材高中物理第十一章電路及其應用3實驗導體電阻率的測量課件新人教版必修3

3.實驗：導體電阻率的測量課堂引入：電阻率是反映材料導電性能的物理量，我們來測量導體的電阻率。如果根據(jù)導體的電阻、長度和截面積來求出電阻率，就需要測量電阻和長度等。會測量金屬絲的電阻率

1.掌握電流表、電壓表和滑動變阻器的使用方法。會用伏安法測電阻。（科學探究）

2.掌握螺旋測微器及游標卡尺的使用方法和讀數(shù)方法。（科學探究）

3.掌握測量金屬絲的電阻率的方法。（科學探究）

體會課堂探究的樂趣，汲取新知識的營養(yǎng)，讓我們一起吧！進走課堂實驗一：長度的測量及測量工具的選用

1.游標卡尺(1)構造:主尺、游標尺(主尺和游標尺上各有一個內(nèi)外測量爪),尺身上還有一個緊固螺釘。(2)原理：利用主尺的最小分度與游標尺的最小分度的差值制成。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樣多的小等分刻度少1mm。常見的游標卡尺的游標尺上小等分刻度有10格的、20格的、50格的，其讀數(shù)見下表：刻度格數(shù)(分度)刻度總長度

每小格與1mm的差值精確度(可準確到)109mm0.1mm0.1mm2019mm0.05mm0.05mm5049mm0.02mm0.02mm（3）游標卡尺分類:規(guī)格：10分度精度：0.1mm

主尺的最小分度是1mm，游標尺上有10個小的等分刻度它們的總長等于9mm，因此游標尺的每一分度與主尺的最小分度相差0.1mm，當左右測腳合在一起，游標的零刻度線與主尺的零刻度線重合時，只有游標的第10條刻度線與主尺的9mm刻度線重合，其余的刻度線都不重合。游標的第一條刻度線在主尺的1mm刻度左邊0.1mm處，游標的第二條刻度線在主尺的2mm刻度左邊0.2mm處，等等。游標的第幾條刻度線與主尺的刻度線重合，就是零點幾毫米。10分度游標卡尺的原理051001規(guī)格：20分度精度：0.05mm

主尺的最小分度是1mm，游標尺上有20個小的等分刻度，它們的總長等于19mm，因此游標尺的每一分度與主尺的最小分度相差0.05mm，當左右測腳合在一起，游標的零刻度線與主尺的零刻度線重合時，只有游標的第20條刻度線與主尺的19mm刻度線重合，其余的刻度線都不重合。游標的第一條刻度線在主尺的1mm刻度左邊0.05mm處，游標的第二條刻度線在主尺的2mm刻度左邊0.1mm處。游標的第n條刻度線與主尺的刻度線重合，就是0.05×n毫米。10012320分度游標卡尺的原理規(guī)格：50分度精度：0.02mm50分度游標卡尺原理

主尺的最小分度是1mm，游標尺上有50個小的等分刻度，它們的總長等于49mm，因此游標尺的每一分度與主尺的最小分度相差0.02mm，……01234567890012345678910①首先要弄清該尺的精度。②接著從主尺上讀出整毫米數(shù)。③再從游標尺上讀出不足1毫米的長度值。④最后確定測量結果。（4）游標卡尺的讀數(shù)讀數(shù)規(guī)則：主尺刻度(整mm值)+游標刻度(小于整mm值)

注意：不需估讀！讀數(shù)=主尺整mm值+精確度×游標尺的對齊刻度數(shù)例1.以下是游標卡尺,請寫出各自的讀數(shù)。

答案:11.4mm答案:22.6mm答案:11.50mm答案:50.15mm2.螺旋測微器的讀數(shù)原理(1)構造:如圖所示,G是鎖緊裝置,螺旋測微器的測砧A和固定刻度B固定在尺架C上,可動刻度E、旋鈕D、微調(diào)旋鈕D'是與測微螺桿F連在一起的,并通過精密螺紋套在B上,精密螺紋的螺距是0.5mm,即旋鈕D每轉一周,測微螺桿F前進或后退0.5mm,可動刻度分成50等份,每一等份表示0.01mm。（3）螺旋測微器的讀數(shù)：實際測量時，分度線不一定正好與讀數(shù)基線對齊，這時還必須往下估讀0.001mm。所測量距離的整毫米數(shù)由固定刻度上讀出，小數(shù)部分則由可動刻度讀出。讀數(shù)=固定刻度(整mm含0.5mm)+可動刻度(不足0.5mm)注意：必須估讀！(讀到千分之一毫米)例2.以下是螺旋測微器,請寫出各自的讀數(shù)。

答案:0.482mm答案:3.373mm答案:0.990mm答案:5.665mm答案:6.703mm答案:7.030mm1、方法：

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R伏安法實驗二：電阻的測量

2.兩種電路

①電流表接在電壓表兩接線柱外側，通常叫“外接法”②電流表接在電壓表兩接線柱內(nèi)側，通常叫“內(nèi)接法”AVRAVR注：因為電流表、電壓表分別有分壓、分流作用,因此兩種方法測量電阻都有誤差．②系統(tǒng)誤差：由于實驗原理、實驗方法、儀器精度問題引起的測量誤差

①偶然誤差：

由于環(huán)境偶然因素、人為偶然因素引起的測量誤差

例如：長度測量的讀數(shù)誤差，電流表讀數(shù)的誤差等例如：伏安法測電阻的誤差特點：測量值與真實值相比有時偏大有時偏小。多次測量，取平均值特點：測量值與真實值相比總是偏大或總是偏小完善實驗原理、改進實驗方法、提高儀器精度

3.誤差減少偶然誤差的方法：減少系統(tǒng)誤差的方法：電流表示數(shù)4.誤差分析

①電流表外接法電壓表示數(shù)1）誤差：測量值偏小

減少誤差的方法：誤差來源于電壓表的分流，分流越小，誤差越小．測量小電阻，即情況下使用<AVR2）外接法的真實值的計算方法

（1）測量值的計算方法：（2）真實值的計算方法：將電流表、電壓表看成電阻(RV已知時)，利用歐姆定律計算。AVR②電流表內(nèi)接法

電壓表示數(shù)電流表示數(shù)1）誤差：測量值偏大減少誤差的方法：誤差來源于電流表的分壓，分壓越少，誤差越?。疁y量大電阻，即情況下適用。AVR>2）內(nèi)接法的真實值計算（1）測量值的計算方法：（2）真實值的計算方法：將電流表、電壓表看成電阻（RA已知時），利用歐姆定律計算。AVR5、電路選擇當時，選用電流表內(nèi)接法．時，選用電流表外接法．當①直接比較法：當Rx《Rv時，采用外接法當Rx》RA時，采用內(nèi)接法②阻值比值法③試探法：若伏特表示數(shù)有明顯變化，即用外接若安培表示數(shù)有明顯變化，即用內(nèi)接例3：（多選）如圖所示為用伏安法測電阻的部分電路圖，因為不知道待測電阻Rx的大概值，所以不能確定線路的接法。為了減小誤差，可在電路接好后將電壓表的一個接線端K分別與M、N接觸，觀察電壓表和電流表的計數(shù)哪一個有明顯的變化。下列關于觀察到的現(xiàn)象及應選用的接法的敘述中，正確的是：（）A、若電流表讀數(shù)有明顯的變化，則K應接在M點;B、若電流表讀數(shù)有明顯的變化，則K應接在N點;C、若電壓表讀數(shù)有明顯的變化，則K應接在M點;D、若電壓表讀數(shù)有明顯的變化，則K應接在N點．AVMNBC實驗三：滑動變阻器兩種接法

1.兩種接法的優(yōu)缺點:①限流接法:優(yōu)點:電路結構簡單；操作方便；耗能少。缺點：電壓或電流不能從0變起；調(diào)節(jié)范圍小。②分壓接法：優(yōu)點:電壓或電流能從0變起；調(diào)節(jié)范圍大。缺點：電路結構復雜；操作不方便；耗能多。2、兩種接法的選擇：①以下3種情況下必須用分壓接法：1）當要求電壓或電流從0變起時，2）當待測電阻的阻值遠大于滑動變阻器的總阻值時，3）當采用限流接法，無論怎樣調(diào)節(jié)都不能保證電路的安全時②當兩種接法均可時，一般采用限流接法。3、滑動變阻器的選擇：①當采用限流接法時，選擇總電阻與待測電阻的阻值相接近的那一個。②當采用分壓接法時，選擇總電阻小而額定電流大的那一個。器材選擇與電路設計一、器材選擇的原則1、安全性原則：例如電壓表與電流表不能超過量程。2、精確性原則：例如電壓表與電流表的指針偏角不能過小，應使其指針偏角不小于滿偏的1/3.3、方便性原則4、經(jīng)濟性原則二、電路設計1、電流表的內(nèi)外接法2、滑動變阻器的接法三、實驗器材螺旋測微器或游標卡尺、毫米刻度尺、電壓表、電流表、定值電阻、開關及導線、被測金屬導線、電池、滑動變阻器。四、實驗步驟1.測直徑:用螺旋測微器或游標卡尺在被測金屬絲上三個不同位置各測一次直徑,并記錄。2.量長度:用毫米刻度尺測量接入電路中的被測金屬絲的有效長度,反復測量3次,并記錄。3.連電路:按原理圖所示的電路圖連接實驗電路。4.求電阻:把滑動變阻器的滑片調(diào)節(jié)到使電壓表為零的位置,電路經(jīng)檢查確認無誤后,閉合開關S。改變滑動變阻器滑片的位置,讀出幾組相應的電流表、電壓表的示數(shù)I和U的值,記入表格內(nèi),斷開開關S。5.拆除實驗電路,整理好實驗器材。五、數(shù)據(jù)處理

導線的橫截面積S=

(公式)=

(代入數(shù)據(jù))=

m2。

所測金屬的電阻率ρ=

(公式)=

(代入數(shù)據(jù))=

Ω·m。

【注意事項】(1)因一般金屬絲電阻較小,為了減少實驗的系統(tǒng)誤差,必須選擇電流表外接法。(2)本實驗滑動變阻器若用分壓式接法,在接通電源之前應將滑動變阻器調(diào)到電壓表為零的狀態(tài)。(3)測量l時應測接入電路中的金屬絲的有效長度(即兩接線柱之間的長度);在金屬絲的3個不同位置上用螺旋測微器或游標卡尺測量直徑d。(4)電流不宜過大(電流表用0~0.6A量程),通電時間不宜太長,以免電阻率因溫度升高而變化?！緦嶒炚`差來源及分析】(1)直徑測量。(2)長度測量。(3)電路中電流表及電壓表內(nèi)阻對電阻測量的影響。(4)通電電流大小,時間長短,致使電阻絲發(fā)熱,電阻率隨之變化。實例引導一、實驗原理與操作例1在做“金屬絲電阻率的測量”的實驗時,需要對金屬絲的電阻進行測量,已知金屬絲的電阻值Rx約為20Ω。一位同學用伏安法對這個電阻的阻值進行了比較精確的測量,這位同學想使被測電阻Rx兩端的電壓變化范圍盡可能大。他可選用的器材有:直流電源,電壓為8V;電流表A(量程0.6A,內(nèi)阻約為0.50Ω);電壓表V(量程10V,內(nèi)阻約為10kΩ);滑動變阻器R(最大電阻值為5.0Ω);開關一個,導線若干。(1)根據(jù)上述條件,測量時電流表應采用

。(填“外接法”或“內(nèi)接法”)

(2)在方框內(nèi)畫出實驗電路圖。(3)若在上述實驗中,電流表的示數(shù)為I,電壓表的示數(shù)為U,且電流表內(nèi)阻RA與電壓表內(nèi)阻RV均為已知量,用測量物理量和電表內(nèi)阻計算金屬絲電阻的表達式:Rx=

。

解析:(1)待測電阻約為20

Ω,是電流表內(nèi)阻的40倍,但電壓表內(nèi)阻是待測電阻的500倍,故電阻Rx為小電阻,采用外接法。(2)因為要使Rx兩端的電壓變化范圍盡可能的大,所以滑動變阻器要采用分壓式,電路圖如圖所示。二、儀器的讀數(shù)及數(shù)據(jù)處理例2在“金屬絲電阻率的測量”實驗中,所用測量儀器均已校準。待測金屬絲接入電路部分的長度約為50cm。(1)用螺旋測微器測量金屬絲的直徑,其中某一次測量結果如圖所示,其讀數(shù)應為

mm(該值接近多次測量的平均值)。

(2)用伏安法測金屬絲的電阻Rx,實驗所用器材為直流電源(電壓3V,內(nèi)阻1Ω,在實物圖中用干電池的符號代替),電流表(內(nèi)阻約0.1Ω),電壓表(內(nèi)阻約3kΩ),滑動變阻器R(0~20Ω,額定電流2A),開關,導線若干。某小組同學利用以上器材正確連接好電路,進行實驗測量,記錄數(shù)據(jù)如下:(3)圖3是測量Rx的實驗器材實物圖,圖中已連接了部分導線,滑動變阻器的滑片P置于變阻器的一端。請根據(jù)(2)所選的電路圖,補充完成圖中實物間的連線,并使閉合開關的瞬間,電壓表或電流表不至于被燒壞。(4)這個小組的同學在坐標紙上建立U、I坐標系,如圖4所示,圖中已標出了與測量數(shù)據(jù)對應的4個坐標點。請在圖中標出第2、4、6次測量數(shù)據(jù)的坐標點,并描繪出U-I圖線。由圖線得到金屬絲的阻值Rx=

Ω(保留兩位有效數(shù)字)。

(5)根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以估算出金屬絲電阻率約為

(填選項前的符號)。

A.1×10-2

Ω·mB.1×10-3

Ω·m

C.1×10-6

Ω·mD.1×10-8

Ω·m解析:(1)螺旋測微器的讀數(shù)為0

mm+39.8×0.01

mm=0.398

mm。(2)由實驗記錄的數(shù)據(jù)可知Rx的阻值大約為5

Ω。由題知Rx?R

V,故電流表應外接。若滑動變阻器接為限流式接法,則Rx兩端的電壓最小值Umin≈0.6

V,而從實驗數(shù)據(jù)可知Rx兩端電壓最小值為0.10

V,因此滑動變阻器應采用分壓式接法。選題圖中甲圖。(3)如圖甲所示。(4)選盡可能多的點連成一條直線,不在直線上的點均勻分布在直線兩側,如圖乙所示。圖線的斜率反映了金屬絲的電阻,因此金屬絲的電阻值Rx≈4.4

Ω。答案:(1)0.398(0.395~0.399均正確)

(2)甲(3)見解析圖甲(4)見解析圖乙

4.4(4.3~4.7均正確)(5)C1.螺旋測微器的原理、使用方法和讀數(shù)方法。2.利用伏安法測電阻，進一步測出金屬絲的電阻率，實驗原理、實驗器材、實驗注意事項以及誤差的分析。2.某同學測量一個圓柱體的電阻率，需要測量圓柱體的尺寸和電阻。

①分別使用游標卡尺和螺旋測微器測量圓柱體的長

度和直徑，某次測量的示數(shù)如圖甲和乙所示，

長度為_____cm，直徑為_______mm。5.015.315②按下圖丙連接電路后，實驗操作如下：

（a）將滑動變阻器R1的阻值置于最__（選填“大”或“小”）處；將S2撥向接點1，閉合S1，調(diào)節(jié)R1，使電流表示數(shù)為I0；

（b）將電阻箱R2的阻值調(diào)至最____（選填“大”或“小”）；將S2撥向接點2；保持R1不變，調(diào)節(jié)R2，使電流表示數(shù)仍為I0，此時R2阻

值為1280Ω；

③由此可知，圓柱體的電阻為_____Ω。大大12801.現(xiàn)有一合金制成的圓柱體。為測量該合金的電阻率,現(xiàn)用伏安法測量圓柱體兩端之間的電阻,用螺旋測微器測量該圓柱體的直徑,用游標卡尺測量該圓柱體的長度。螺旋測微器和游標卡尺的示數(shù)

如圖甲和圖乙所示。

(1)由圖讀得圓柱體的直徑為

mm,長度為

cm。

(2)若流經(jīng)圓柱體的電流為I,圓柱體兩端之間的電壓為U,圓柱體的直徑和長度分別用D、L表示,則用D、L、I、U表示的電阻率的關系式為ρ=

。4.2401.8452.某同學用伏安法測量導體的電阻,現(xiàn)有量程為3V、內(nèi)阻約為3kΩ的電壓表和量程為0.6A、內(nèi)阻約為0.1Ω的電流表。采用分壓電路接線,圖甲是實物的部分連線圖,待測電阻為圖乙中的R1,其阻值約為5Ω。

(1)測R1阻值的最優(yōu)連接方式為導線①連接

(選填“a”或“b”)、導線②連接

(選填“c”或“d”)。(2)正確接線測得實驗數(shù)據(jù)如表,用作圖法求得R1的阻值為

Ω。U/V0.400.801.201.602.002.40I/A0.090.190.270.350.440.53(3)已知圖乙中