物理魯科版（2019）必修第三冊 3.6科學測量：金屬絲的電阻率課件

第3章恒定電流第6節(jié)科學測量金屬絲的電阻率1、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

一、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側，通常叫“內接法”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減少偶然誤差的方法：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減少系統(tǒng)誤差的方法：完善實驗原理、改進實驗方法、提高儀器精度

3、誤差電流表示數(shù)4、誤差分析

（1）電流表外接法電壓表示數(shù)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<AVR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。AVR（2）電流表內接法

電壓表示數(shù)電流表示數(shù)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>內接法的真實值計算（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，采用內接法②阻值比值法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；調節(jié)范圍小。②分壓接法：優(yōu)點:電壓或電流能從0變起；調節(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：A.當要求電壓或電流從0變起時，B.當待測電阻的阻值遠大于滑動變阻器的總阻值時，C.當采用限流接法，無論怎樣調節(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、經濟性原則二、電路設計1、電流表的內外接法2、滑動變阻器的接法

科學測量：金屬絲電阻率

一、實驗目的學會用伏安法測量電阻的阻值,測定金屬絲的電阻率。二、實驗原理1.測定金屬電阻率(1)把金屬絲接入電路中,用伏安法測金屬絲的電阻三、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節(jié)到使電壓表為零的位置,電路經檢查確認無誤后,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,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。

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,內阻約為0.50Ω);電壓表V(量程10V,內阻約為10kΩ);滑動變阻器R(最大電阻值為5.0Ω);開關一個,導線若干。典例透析(1)根據(jù)上述條件,測量時電流表應采用

。(填“外接法”或“內接法”)

(2)在方框內畫出實驗電路圖。(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,且電流表內阻RA與電壓表內阻RV均為已知量,用測量物理量和電表內阻計算金屬絲電阻的表達式:Rx=

。

解析:(1)待測電阻約為20

Ω,是電流表內阻的40倍,但電壓表內阻是待測電阻的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。1:在“金屬電阻率的測量”的實驗中,被測金屬絲的電阻大約為6Ω。先用刻度尺測出金屬絲的長度l,用螺旋測微器測出金屬絲的直徑d,接著用伏安法測出金屬絲兩端的電壓U和通過金屬絲的電流I,計算出它的電阻,再根據(jù)電阻定律計算出該金屬材料的電阻率。在用伏安法測定金屬絲的電阻時,除被測的電阻絲外,還有如下供選擇的實驗器材:直流電源E,電壓為4.5V;電流表A1(量程0~0.6A,內阻為0.125Ω);電流表A2(量程0~3A,內阻為0.025Ω);電壓表V1(量程0~3V,內阻為3kΩ);電壓表V2(量程0~15V,內阻為15kΩ);課堂訓練滑動變阻器R1(最大阻值10Ω,允許通過的最大電流為0.2A);滑動變阻器R2(最大阻值20Ω,允許通過的最大電流為1.0A);開關、導線等。要求有較高的測量精度,并能測得多組數(shù)據(jù)。(1)在可供選擇的器材中,應該選用的電流表是

,應選用的電壓表是

,應該選用的滑動變阻器是

。

(2)根據(jù)所選的器材,在如圖所示的虛線框中畫出實驗電路圖。(3)寫出用測得的物理量表示的計算電阻率的表達式(用字母表示):ρ=

。

解析:(1)由實驗器材知直流電源電壓約為4.5

V,實驗用的金屬絲電阻約為6

Ω,干路中的最大電流大約只有0.75

A,故電流表選A1,電壓表選V1,滑動變阻器R1的最大電流0.2

A太小,影響測量的范圍,所以滑動變阻器選R2。2：用伏安法測量某電阻Rx的阻值,現(xiàn)有實驗器材如下:A.待測電阻Rx:范圍在5~8Ω,額定電流0.45AB.電流表A1:量程0~0.6A(內阻0.2Ω)C.電流表A2:量程0~3A(內阻0.05Ω)D.電壓表V1:量程0~3V(內阻3kΩ)E.電壓表V2:量程0~15V(內阻15kΩ)F.滑動變阻器R:0~100ΩG.直流電源,電壓為12VH.導線,開關為了較準確地測量,并保證器材安全,電流表應選

,電壓表應選

,并畫出電路圖。

答案:A1

V1

電路見解析

3.在“測定金屬的電阻率”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.實驗所用器材為電池組(電動勢3V，內阻約1Ω)、電流表(內阻約0.1Ω)、電壓表(內阻約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：由以上實驗數(shù)據(jù)可知，他們測量Rx是采用圖中的________圖(選填“甲”或“乙”)．

次數(shù)1234567U/V0.100.300.701.001.501.702.30I/A0.0200.0600.1600.2200.3400.4600.520(3)下圖是測量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

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．1×10－2Ω·m B．1×10－3Ω·mC．1×10－6Ω·m D．1×10－8Ω·m【解析】(1)螺旋測微器的讀數(shù)為0mm＋39.8×0.01mm＝0.398mm.(2)由實驗記錄的數(shù)據(jù)可知Rx的阻值大約為5Ω.由題知Rx?RV，故電流表?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

，而從實驗數(shù)據(jù)可知Rx兩端電壓為0.10V，因此滑動變阻器應采用分壓式接法．(3)如圖甲所示

甲(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，如圖所示．

4.在“決定導線電阻的因素”的實驗中測定金屬的電阻率,若待測金屬絲的電阻約為5Ω,要求測量結果盡量準確,提供以下器材:A.電池組(3V,內阻為1Ω)B.電流表(0~3A,內阻為0.0125Ω)C.電流表(0~0.6A,內阻為0.125Ω)D.電壓表(0~3V,內阻為4kΩ)E.電壓表(0~15V,內阻為15kΩ)F.滑動變阻器(0~20Ω,允許通過的最大電流為1A)G.滑動變阻器(0~2000Ω,允許通過的最大電流為0.3A)H.開關、導線若干(1)實驗時應從上述器材中選用

(選填儀器前的字母代號)。

(2)測電阻時,電流表、電壓表、待測金屬絲Rx在組成測量電路時,應采用電流表

(選填“外”或“內”)接法,待測金屬