第3章 第6节 科学测量：金属丝的电阻率（word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理必修第三册（鲁科版2019）

第6节　科学测量：金属丝的电阻率 (实验课—基于经典科学探究) 一、实验装置 器材：电源、待测金属丝、电流表、电压表、滑动变阻器、开关、导线若干。 二、实验原理 根据电阻公式R＝ρ，可得ρ＝R。用伏安法测量金属丝的电阻，由于金属丝电阻通常较小(长度有限)，一般选用外接法(如图所示)。用螺旋测微器测量金属丝的直径，用刻度尺测出金属丝的长度。根据电阻公式，计算出金属丝的电阻率。 三、电流表外接法与内接法的比较 电流 表外 接法 (1)误差分析：R测＝＝<＝R真 (2)适用条件：Rx≪RV 电流 表内 接法 (1)误差分析：R测＝＝>＝R真 (2)适用条件：Rx≫RA 一、实验步骤　 1．测直径：用螺旋测微器多次测量金属丝的直径d，并记录。 2．测长度：将金属丝两端固定在接线柱上，使其拉直，用刻度尺多次测量接入电路部分的金属丝的长度l(即有效长度)，并记录。 3．连器材：依照如图所示的电路图连接电路，并将滑动变阻器的滑片置于阻值最大端。 4．测数据：电路经检查无误后，闭合开关S，改变滑片位置，测出若干组电流、电压值，填入表格内，断开开关S。 5．整理器材：整理好实验器材，实验结束。 二、数据处理　 1．测量金属丝的长度和直径，填写表格，计算出金属丝的长度l和直径d的平均值。 测量次数 1 2 3 平均值 金属丝长度l/m 金属丝直径d/m 金属丝的横截面积S＝π2＝。 2．把记录的I、U值，填入表格，计算出金属丝的电阻值R。 测量次数 1 2 3 电阻平均值 电压U/V 电流I/A 电阻R/Ω 代入电阻率计算公式ρ＝＝中，计算出金属丝的电阻率。 三、误差分析　 1．直径和长度的测量造成偶然误差，应采取多次测量取平均值的方法减小误差。 2．电压表、电流表读数造成偶然误差，读数时视线垂直于表盘可减小误差。 3．测量电路中电压表、电流表的接法对金属丝电阻测量造成系统误差。由于电路采用电流表外接法，造成电阻的测量值偏小。 4．通过电流过大，时间过长，使金属丝发热导致电阻率变大而引起误差。 [关键点反思] 1．本实验中，金属丝的长度用刻度尺测量，而直径用螺旋测微器测量，这样做的依据是什么？ 提示：两种测量工具的量程和精度不同。 2．通常情况下，测量金属丝的电阻采用电流表外接法，这样做的道理是什么？ 提示：金属丝的电阻很小，比电压表的内阻小很多，采用电流表外接法测量误差较小。 3．在测量金属丝的电阻时，流过金属丝的电流不宜过大，通电时间也不宜过长，为什么需要这样操作呢？ 提示：以免金属丝温度明显升高，使电阻率在实验过程中逐渐变大。 考法(一)　实验基本操作 [例1]　现在要测量一段电阻丝的电阻率ρ，其阻值Rx约为0.5 Ω，允许通过的最大电流为0.5 A。现有如下器材可供选择： 电流表A(量程0～0.6 A，内阻约为0.6 Ω) 电压表V(量程0～3 V，内阻约为3 kΩ) 待测电阻丝Rx(阻值约为0.5 Ω) 标准电阻R0(阻值为5 Ω) 滑动变阻器R1(0～5 Ω，2 A) 滑动变阻器R2(0～200 Ω，1.5 A) 直流电源E(电动势为6 V，内阻不计) 开关S、导线若干 (1)如图为四位同学分别设计的测量电路的一部分，你认为合理的是____________。 (2)实验中滑动变阻器应该选择________(选填“R1”或“R2”)，并采用________接法。 (3)根据你在(1)(2)中的选择，在图甲上完成实验电路的连接。 (4)实验中，如果两电表的读数分别为U和I，测得拉直后电阻丝的长度为L、直径为D，则待测电阻丝的电阻率ρ的计算式为ρ＝________。 (5)用螺旋测微器测量待测电阻丝的直径时读数如图乙所示，则该电阻丝的直径D＝________mm。 [解析]　(1)电阻Rx两端的最大电压约为U＝IRx＝0.25 V，约为电压表量程的，需要在待测电阻Rx两端串联分压电阻，即串联标准电阻R0，此时R0＋Rx< ，电流表采用外接法，选项C正确。 (2)若采用限流接法，选择R1时，电路中电流最小值约为0.5 A；选择R2时，调控范围小，操作不便；而电源内阻不计，不用考虑大电流时电源电动势的变化，因而采用分压接法，为了便于调节，选总阻值较小的R1。 (3)实物连线如图所示。 (4)待测电阻Rx＝－R0 由电阻定律有Rx＝＝ 联立解得ρ＝。 (5)螺旋测微器的读数为1 mm＋0.01×20.5 mm＝1.205 mm。 [答案]　(1)C　(2)R1　分压　(3)见解析图　(4)　(5)1.205(1.203～1.207均可) [微点拨] 滑动变阻器的限流式和分压式接法的比较 项目 限