第二章 4 实验：测量金属的电阻率-【金版教程】2023-2024学年新教材高中物理必修第三册创新导学案word（教科版2019）

4．实验：测量金属的电阻率 1．掌握游标卡尺和螺旋测微器的原理、读数方法及使用方法。2.会用伏安法测电阻阻值，并能分析实验误差。3.掌握测量金属电阻率的原理，能测出金属的电阻率。 一　实验设计 根据电阻定律R＝ρ，可得ρ＝。因此，测出金属丝的横截面积S、长度l和电阻R，就可求得该种金属的电阻率。 二　实验器材 刻度尺、螺旋测微器(千分尺)、电流表、电压表、滑动变阻器、电池组、开关、导线、待测金属丝等。 三　实验操作 1．用螺旋测微器测出金属丝的直径d，用S＝π计算出金属丝的横截面积S。 2．用刻度尺测量导体的长度。 注意：测量时要先把金属丝接入电路并拉直，然后用刻度尺量出它接入电路的长度。 3．用伏安法测量导体电阻R(如果条件允许，可以先用欧姆表粗略测量待测电阻的阻值，然后根据测量值选择电流表的接法)，按限流电路或分压电路连接电路，闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，看看它对电流、电压是否具有良好的调节效果，并确定测量电路。 测出金属丝两端的电压U和通过的电流I，并计算出金属丝的电阻R。多测几组数据，求出电阻R的平均值。也可以把测得的多组数据通过在坐标系上描点，作出U­I图像，通过图像的斜率求出电阻R的值。测量完毕后，断开开关并拆下器材回归原位。 4．由ρ＝计算出金属丝的电阻率。 探究　测量过程·获取数据 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。 活动1：测金属丝的电阻率需要测量哪些物理量？请简述其方法。 提示：从ρ＝看，需要知道三个物理量R、l、S，l可以通过刻度尺直接测量，但是R和S都不能直接测量，故还要继续想办法测出与R和S相关的量。R可用伏安法，由R＝得到，S可以通过测量直径进行计算得到。 活动2：测金属丝的长度时要注意什么？ 提示：在测量金属丝的长度时，测量的并不是金属丝的总长度，而是接入电路的有效长度l。反复测量多次，得到有效长度的平均值。 活动3：能用刻度尺测量金属丝的直径吗？若能，请简述其方法。 提示：能。采用累积的方法，即取一段新的金属丝，在圆柱形物体上紧密缠绕(如图)，用分度值为1 mm的刻度尺测出总宽度，再除以圈数，即为金属丝的直径。 活动4：除刻度尺，还能用游标卡尺、螺旋测微器测量金属丝的直径，如图甲、乙所示。请简述其工作原理、读数方法和使用方法。 提示：(1)游标卡尺 ①原理：利用主尺的单位刻度与游标尺的单位刻度的微量差值来提高测量精度。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。精度＝，常见的游标卡尺有10分度、20分度、50分度，其相关数据见下表： 刻度格数(分度) 刻度总长度 每小格与1 mm的差值 精度(可准确到) 10 9 mm 0.1 mm 0.1 mm 20 19 mm 0.05 mm 0.05 mm 50 49 mm 0.02 mm 0.02 mm ②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的与主尺上某一刻线对齐的游标的格数，则记录结果表示为x＋k×精度。 ③使用：当外(内)测量爪一侧的两个刃接触时，游标尺上的零刻线与主尺上的零刻线正好对齐。将被测物体夹(套)在这两个刃之间，把主尺读数和游标尺读数综合起来，就是被测量物体的长度。 (2)螺旋测微器 ①原理：固定刻度B的螺距是0.5 mm，即粗调旋钮D每旋转一周，F沿着旋转轴线方向前进或后退0.5 mm，而可动刻度E上的刻度为50等份，每旋转一小格，F前进或后退0.01 mm。即螺旋测微器的精确度为0.01 mm。读数时误差出现在毫米的千分位上。 ②读数：测量时被测物体长度准确到0.5毫米的部分由固定刻度读出，小于0.5毫米的部分由可动刻度读出。 测量值(mm)＝固定刻度数(mm)(注意半毫米刻度线是否露出)＋可动刻度数(估读一位)×0.01(mm)。 ③使用：使用前应先检查零点：缓缓转动微调旋钮(D′)，使测微螺杆(F)和测砧(A)接触，到棘轮发出声音为止，此时可动尺(活动套筒)上的零刻线应当和固定套筒上的基准线(长横线)对正，否则有零误差。测量时左手持尺架(C)，右手转动粗调旋钮(D)使测微螺杆(F)与测砧(A)间距稍大于被测物，放入被测物，转动微调旋钮(D′)到夹住被测物，直到棘轮发出声音为止，拨动止动旋钮(G)使测微螺杆(F)固定后读数。 活动5：如图丙所示是采用伏安法测量金属丝电阻的两种电路图。两种接法引起测量误差的原因是什么？测量结果比电阻的真实值偏大还是偏小？实际测量时，为了使测量结果更准确，应如何选择接法？ 提示：使用电流表外接法时，电流表测得的数值包括了流过电压表的电流，比流过待测电阻的电流要大，因此测量结果比真实值偏小；使用电流表内接法时，电压表测得的数值包括了电流表两端的电压，比待测电阻两端的电压要大，因此测量结果比真