第3章 第3节 测量金属丝的电阻率-2021-2022学年新教材高中物理必修第三册【名师导航】同步Word教参(粤教版)

第三节　测量金属丝的电阻率 学习目标：1.进一步掌握用伏安法测电阻的电路的设计思想。　2.掌握螺旋测微器的读数方法。　3.掌握测定金属电阻率的实验原理、实验过程及数据处理方法。 一、游标卡尺和螺旋测微器的读数 1．游标卡尺 (1)原理：利用主尺的最小分度与游标尺的最小分度的差值制成。不管游标尺上有多少个小等分刻度，它的刻度部分的总长度比主尺上的同样多的小等分刻度少 1 mm。 (2)精度：对应关系为10分度0.1 mm,20分度0.05 mm,50分度0.02 mm。 (3)读数：若用x表示由主尺上读出的整毫米数，K表示从游标尺上读出与主尺上某一刻线对齐的游标的格数，则记录结果表达为(x＋K×精度)mm。 2．螺旋测微器 (1)构造：如图1所示是常用的螺旋测微器结构图，它的小砧A和固定刻度G固定在U形框架F上；微测螺杆P、可调刻度H和粗调旋钮K、微调旋钮K′连在一起，通过精密螺纹穿过U形框架F，用锁T给予锁定。 图1　常用的螺旋测微器结构图 图2　螺旋测微器的局部放大图 (2)原理：如图2所示，微测螺杆P与固定刻度G间的精密螺纹的螺距为0.5 mm，即粗调旋钮K每旋转一周，P前进或后退0.5 mm。可调刻度H上的刻度为50小格，每转动一小格，P前进或后退0.01 mm，即精确度为0.01 mm。读数时误差出现在毫米的千分位上，因此，螺旋测微器又叫千分尺。 (3)读数：从固定刻度上读取整毫米或半毫米数，然后从可调刻度上读取剩余部分(因为是10分度，所以在最小刻度后应再估读一位)，再把两部分读数相加得到测量值。即测量值d＝固定刻度数＋可调刻度数×0.01(单位：mm)。如图2所示的示数为d＝0.5 mm＋25.0×0.01 mm＝0.750 mm。考虑估读的差异，读0.749～0.751 mm中的任一个数都正确。 二、实验原理 (1)把金属丝接入电路中，用伏安法测金属丝的电阻R(R＝)。电路原理图如图所示。 (2)用毫米刻度尺测出金属丝的长度l，用螺旋测微器测出金属丝的直径d，算出横截面积S。 (3)由电阻定律R＝ρ，求出电阻率。 ＝＝，得ρ＝ 三、实验器材 螺旋测微器、毫米刻度尺、电压表、电流表、定值电阻、开关及导线、被测金属导线、电池、滑动变阻器。 四、实验步骤 (1)测直径：用螺旋测微器在被测金属导线上三个不同位置各测一次直径，并记录。 (2)连电路：按如图所示的电路图连接实验电路。 (3)量长度：用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属导线的有效长度，重复测量3次，并记录。 (4)求电阻：把滑动变阻器的滑动触头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。改变滑动变阻器滑动触头的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值，记入表格内，断开开关S。 (5)拆除实验电路，整理好实验器材。 五、数据处理 电阻R的数值可用以下两种方法确定： (1)计算法：利用每次测量的U、I值分别计算出电阻，再求出电阻的平均值作为测量结果。 (2)图像法：可建立I­U坐标系，将测量的U、I值描点作出图象，利用图像的斜率来求出电阻值R。 六、误差分析 1．金属丝的横截面积是利用直径计算而得，直径的测量是产生误差的主要来源之一。 2．采用伏安法测量金属丝的电阻时，由于采用的是电流表外接法，测量值小于真实值，使电阻率的测量值偏小。 3．金属丝的长度测量、电流表和电压表的读数等会带来偶然误差。 4．由于金属丝通电后发热升温，会使金属丝的电阻率变大，造成测量误差。 七、注意事项 (1)因一般金属丝电阻较小，为了减少实验的系统误差，必须选择电流表外接法； (2)本实验若用限流式接法，在接通电源之前应将滑动变阻器调到阻值最大状态。 (3)测量l时应测接入电路的金属丝的有效长度(即两接线柱之间的长度)；在金属丝的3个不同位置上用螺旋测微器测量直径d。 (4)电流不宜过大(电流表用0～0.6 A量程)，通电时间不宜太长，以免电阻率因温度升高而变化。 【例1】　在“测定金属丝的电阻率”的实验中，待测金属丝的电阻Rx约为3 Ω，实验室备有下列实验器材： A．电压表V(量程3 V，内阻约为3 kΩ) B．电流表A(量程0.6 A，内阻约为1 Ω) C．滑动变阻器R(0～10 Ω，额定电流0.5 A) D．电源E(电动势为3 V，内阻约为0.3 Ω) E．开关S，导线若干 甲　　　　　　　　　乙 丙　　　　　　　　　　丁 (1)为减小实验误差，应选用图中 (选填“甲”或“乙”)为该实验的电路原理图。 (2)现用刻度尺测得金属丝长度为60.00 cm，用螺旋测微器测得其直径示数如丙图，则直径为 mm。图丁为两电表的示数，则该金属丝的电阻率为 Ω·m(结果保留三位有效数字)。 [解析]　(1)根据可知