第2章 第4节 实验：测量金属的电阻率（word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理必修第三册（教科版2019）

第4节　实验：测量金属的电阻率 一、本版教材实验理清楚 实验目的 1．掌握游标卡尺和螺旋测微器的原理及读数方法。 2．练习使用电流表、电压表及伏安法测电阻。 3．测定金属的电阻率。 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。电路原理如图所示。 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，得ρ＝＝＝，求出电阻率。 实验器材 毫米刻度尺，螺旋测微器或游标卡尺，直流电流表和直流电压表，滑动变阻器(阻值范围0～50 Ω)，电池组，开关，被测金属丝，导线若干。 1．游标卡尺 (1)构造：主尺、游标尺(主尺和游标尺上各有一个内、外测量爪)，游标尺上还有一个深度尺(如图所示)。 (2)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。常见的游标卡尺的游标尺上小等分刻度有10格的、20格的、50格的，其读数见下表： 刻度格数 (分度) 刻度总长度 每小格与 1 mm的差值 精确度 (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 (3)读数：若用x表示从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，则记录结果表示为(x＋K×精确度)mm。 2．螺旋测微器 (1)构造：如图所示，螺旋测微器的测砧A和固定刻度B是固定在尺架C上的；可动刻度E、旋钮D、微调旋钮D′是与测微螺杆F连在一起的，通过精密螺纹套在固定刻度B上。 (2)原理：可动刻度E上的刻度为50等份，每旋转一周，螺杆前进或后退0.5 mm，可动刻度每转过一等份，螺杆前进或后退0.01 mm，则螺旋测微器的精确度为0.01 mm。　 (3)读数 ①测量时被测物体长度的半毫米数由固定刻度读出，不足半毫米部分由可动刻度读出。 ②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如图所示，固定刻度示数为2.0 mm，而从可动刻度上读的示数为15.0，最后的读数为2.0 mm＋15.0×0.01 mm＝2.150 mm。 实验步骤 1．测直径：用螺旋测微器或游标卡尺在金属丝的三个不同位置上各测一次，并记录数据。 2．测长度：将金属丝两端固定在接线柱上悬空挂直，用毫米刻度尺测量接入电路的金属丝长度l(即有效长度)，反复测量三次，并记录。 3．连电路：依照电路图用导线把器材连好，并把滑动变阻器的阻值调至并联电路部分的电压为零处。 4．测U、I：电路经检查确认无误后，闭合开关S。改变滑动变阻器滑片的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值，记入记录表格内，断开开关S。 5．整理：拆除实验电路，整理好实验器材。 数据处理 1．金属丝直径的读数 (1)利用螺旋测微器测金属丝直径，读数时应特别小心半毫米刻度线是否露出。 (2)因螺旋测微器的精确度为0.01 mm，可动刻度上对齐的格数需要估读。所以，若以毫米为单位的话，最后一位应出现在小数点后的第三位上。 (3)把三个不同位置的测量值求平均值作为直径d。 2．金属丝长度的测量 (1)应测量接入电路中的有效长度。 (2)因为用的是毫米刻度尺，读数时要读到毫米的下一位(别忘记估读)。 (3)把三次测量值求平均值作为长度l。 3．电阻R的测量值的确定 方法一：平均值法 可以将每次测量的U、I分别计算出电阻，再求出电阻的平均值，作为测量结果。 方法二：图像法 可建立U-I坐标系，将测量的对应U-I值描点作出图像，利用图像斜率求出电阻值R。 4．计算出金属丝的电阻率：将测得的R、l、d的值，代入电阻率计算公式ρ＝＝。 误差分析 1．金属丝直径、长度的测量带来偶然误差。 2．电流表外接法，R测<R真，导致ρ测<ρ真(系统误差)。 3．通电时间过长，电流过大，都会导致电阻率发生变化(系统误差)。 注意事项 1．为了方便，应在金属导线连入电路前测导线直径，为了准确，应测量拉直悬空的连入电路的导线的有效长度，且各测量三次，取平均值。 2．测量电路应选用电流表外接法，且测电阻时，电流不宜过大，通电时间不宜太长，因为电阻率随温度而改变。 3．为准确求出R的平均值，应多测几组U、I数值，然后采用U-I图像法求出电阻。 二、他版教材实验多融通 沪科版教材实验方案 [差异解读] 1．实验器材的不同：本实验采用多用电表直接测量合金丝的电阻，而不是用伏安法测电阻。 2．本实验的不足：用多用电表直接测量合金丝的电阻时，测量误差较大。