第11章 第3节 第2课时 金属丝电阻率的测量（word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理必修第三册（人教版2019）

第2课时 金属丝电阻率的测量 (实验课—基于经典科学探究) 一、实验装置与器材 器材：刻度尺、螺旋测微器、学生电源、滑动变阻器、电压表、电流表、开关、金属丝、导线。 二、实验原理 设计实验电路，取一段金属电阻丝连接到实验电路中，根据伏安法测出电阻丝的电阻R、长度l和直径d，由R＝ρ得：ρ＝＝，从而计算出该电阻丝所用材料的电阻率。 三、滑动变阻器的限流式和分压式接法 项目 限流式 分压式 电路组成 滑动变阻 器接入电 路的特点 采用“一上 一下”的接法 采用“一上两下”的接法 调压范围 ～E 0～E 适用情况 负载电阻的阻值Rx与滑动变阻器的总电阻R相差不多，或R稍大，且电压、电流变化不要求从零调起 (1)要求负载上电压或电流变化范围较大，且从零开始连续可调 (2)负载电阻的阻值Rx远大于滑动变阻器的总电阻R 四、电流表的两种接法 (1)内接法与外接法的区别 项目 电流表内接法 电流表外接法 电路 误差分析 电压表示数UV＝UR＋UA＞UR 电流表示数IA＝IR R测＝＞＝R真 电压表示数UV＝UR 电流表示数 IA＝IR＋IV＞IR R测＝＜＝R真 误差来源 电流表的分压作用 电压表的分流作用 两种电路选择条件 R越大UR越接近UV，R测越接近R真，该电路适合测大电阻R≫RA R越小，IR越接近IA，R测越接近R真，该电路适合测小电阻R≪RV (2)选择内、外接的判断方法 直接 比较法 当Rx≫RA时，采用内接法，当Rx≪RV时，采用外接法 公式 计算法 当Rx＞ 时，用内接法， 当Rx＜ 时，用外接法， 当Rx＝时，两种接法效果相同 试触法 如图所示，把电压表的接线端分别接b、c两点，观察两电表的示数变化，若电流表的示数变化明显，说明电压表的分流对电路影响大，应选用内接法，若电压表的示数变化明显，说明电流表的分压对电路影响大，应选用外接法 一、实验操作　 1．测直径：用螺旋测微器在待测金属丝上三个不同位置各测一次直径，并记录。 2．连电路：按实验原理中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待测金属丝的有效长度，重复测量3次，并记录。 4．测电阻：把滑动变阻器的滑片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，记入表格内，断开开关S。 5．整理器材：拆除实验电路，整理好实验器材。 二、数据处理　 1．金属丝直径：将在三个不同位置测量的直径取平均值作为金属丝的直径d。 2．金属丝长度的测量：将3次测量的长度取平均值作为金属丝的长度l。 3．金属丝的电阻 (1)平均值法：可以用每次测量的U、I分别计算得出金属丝的电阻，再求平均值作为金属丝的电阻。 (2)图像法：建立U­I坐标系，将测量的对应U、I值描点作出图像，利用图像斜率来求出金属丝的电阻R。 4．电阻率的计算 将测得的R、l、d的值，代入电阻率计算公式ρ＝＝中，计算得出金属丝的电阻率。 三、误差分析　 1．金属丝直径、长度测量的不准确带来偶然误差。 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)。 [关键点反思] 1．实验过程中，应注意哪些方面的安全操作问题？ 提示：(1)接通开关前，注意检查电源是否短路，正确连接电表，以免损坏实验器材。 (2)闭合开关S之前，一定要使滑动变阻器的滑片处在有效电阻值最大的位置。 2．本实验中，为了减小误差，实验过程应注意什么问题？ 提示：(1)本实验中被测金属丝的电阻值较小，因此实验电路一般采用电流表外接法。 (2)测量被测金属丝的有效长度，是指测量被测金属丝接入电路的两个端点之间的长度，测量时应将金属丝拉直，反复测量三次，求其平均值。 (3)测金属丝直径一定要选三个不同位置进行测量，求其平均值。 (4)在用伏安法测电阻时，通过被测金属丝的电流强度I不宜过大(电流表用0～0.6 A量程)，通电时间不宜过长，以免金属丝的温度明显升高，造成其电阻率在实验过程中逐渐增大。 考法(一)　实验基本操作 [例1]　某同学为了测量某阻值约为5 Ω的金属棒的电阻率，进行了如下操作： (1)分别使用刻度尺和螺旋测微器测量金属棒的长度L和直径d，某次测量金属棒的直径示数如图甲所示，直径d＝________mm。 (2)现备有下列器材： 待测金属棒：R(阻值约5 Ω)； 电压表：V1(量程0～3 V，内阻约3 kΩ)，V2(量程0～15 V，内阻约9 kΩ)； 电流表：A1(量程0～0.6 A，内阻约0.2 Ω)，A2(量程0～3 A，内阻约0.05 Ω)； 电源：E1(电动