第2章 第4节 实验：测量金属的电阻率（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材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 [对应学生用书P62] 1．掌握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． 1．螺旋测微器 (1)构造：如图所示是常用的螺旋测微器．它的测砧A和固定刻度S固定在尺架F上，粗调旋钮K、微调旋钮K′和可动刻度H、测微螺杆P连在一起，通过精密螺纹套在S上． (2)原理：测微螺杆P与固定刻度S之间的精密螺纹的螺距为0.5 mm，即旋钮K每旋转一周，P前进或后退0.5 mm，而可动刻度H上的刻度为50等份，每转动一小格，P前进或后退0.01 mm.即螺旋测微器的精确度为 cm，因此，螺旋测微器又叫千分尺． (3)读数：测量时被测物体长度的整数毫米数由固定刻度读出，小数部分由可动刻度读出． 测量值(mm)＝固定刻度数(mm)(注意半毫米刻线是否露出)＋可动刻度数(估读一位小数)×0.01(mm). 如图所示，固定刻度示数为2.0 mm，不足半毫米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. 2．实验电路 甲图为分压式接法，乙图为限流式接法． 3．用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(S＝). 4．由电阻定律R＝ρ，得ρ＝＝＝，求出电阻率． 螺旋测微器、刻度尺、电压表、电流表、定值电阻、开关及导线、待测金属丝、电池、滑动变阻器． 1．测直径：用螺旋测微器在被测金属丝上三个不同位置各测一次直径，并记录． 2．量长度：用刻度尺测量接入电路中的被测金属丝的有效长度，反复测量3次，并记录． 3．连电路：按如上所示的电路图连接实验电路． 4．求电阻：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，并记录． 5．断开开关，拆除实验电路，整理好实验器材． 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值分别由公式R＝计算出电阻，再求出电阻的平均值作为测量结果． 2．图像法：可建立平面直角坐标系，将测量的U、I值描点作出图像，利用图像的斜率求出电阻R. 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时应测接入电路中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． [对应学生用书P63] 现有一个由合金制成的圆柱体．为测量该合金的电阻率，现用伏安法测量圆柱体两端之间的电阻，用螺旋测微器测量该圆柱体的直径，用游标卡尺测量该圆柱体的长度．螺旋测微器和游标卡尺的示数如图甲和乙所示． (1)由图可得圆柱体的直径为________ mm，长度为________ cm. (2)若流经圆柱体的电流为I，圆柱体两端之间的电压为U，圆柱体的直径和长度分别用D、L表示，则用D、L、I、U表示的电阻率的关系式为ρ＝________． 解析　(1)圆柱体的直径为1．5 mm＋34.5×0.01 mm＝1．845 mm；长度为42 mm＋8×0.05 mm＝42.40 mm＝4.240 cm. (2)由欧姆定律R＝和电阻定律R＝ 联立得ρ＝＝＝. 答案　(1)1．845(1．842～1．846均可)　4.240 (2) 在“测定金属的电阻率”实验中，所用测量仪器均已校准，待测金属丝接入电路部分的长度约为50 cm. (1)用螺旋测微器测量金属丝的直径，其中某一次测量结果如图1所示，其读数应为________mm(该值接近多次测量的平均值). 图1 (2)用伏安法测金属丝的电阻Rx，实验所用器材为电池组(电压3 V)、电流表(内阻约0.1 Ω)、电压表(内阻约3 kΩ)、滑动变阻器R(0～20 Ω，额定电流2 A)、开关、导线若干，某小组同学利用以上器材正确连接好电路，进行实验测量，记录数据见下表． 次数 1 2 3 4 5 6 7 U/V 0.10 0.30 0.70 1．00 1．50 1．70 2.30 I/A 0.020 0.060 0.160 0.220 0.340 0.460 0.520 由实验数据可知，他们测量Rx是采用图2中的________(选填“甲”或“乙”)图． 图2 (3)图3是测量Rx的实物电路图，图中已连接了部分导线，滑动变阻器的滑片P置于变阻器的一端．请根据(2)所选的电路图，补充完成图3中电路元件间的连线，并使闭合开关的瞬间，电压表或电流表不至于被烧坏． 图3 (4)这个小组的同学在坐标纸上建