11.3 实验： 导体电阻率的测量课件-2024-2025学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

11.3 实验测量导体电阻率 静电平衡 游标卡尺 测导体电阻率 螺旋测微器 目录 CONTENTS 1 3 2 知识回顾 1.内容：同种材料的导体，其电阻𝑅与它的长度𝑙成正比，与它的横截面积𝑆成反比；导体电阻与构成它的材料有关。 2.表达式： 3.适用条件：温度一定,粗细均匀的金属导体，或浓度均匀的电解液。 电阻定律 知识回顾 （1）意义：反映材料导电性能好坏的物理量 电阻率越大表明在相同长度、相同横截面积的情况下 ，导体的电阻越大。 （3）单位：欧·米，（） 电阻率 （2）定义式： 由材料和温度决定，与无关!!! 导体电阻率的测量 ：测量导体的横截面积。 ：测量导体的长度。 ：测量导体的电阻。 一 游标卡尺 1.结构： 一 游标卡尺 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1mm。 3.精度：对应关系为10分度0.1 mm,20分度0.05 mm,50分度0.02 mm。 4.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与主尺上某一刻线对齐的游标的格数，则记录结果表达为（x＋K×精度）mm。 0 5 10 游标尺 0 1 0 20 10 0 1 2 3 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 主尺的最小分度是1 mm，游标尺上有50个小的等分刻度它们的总长等于49 mm，因此游标尺的每一分度与主尺的最小分度相差0.02 mm。 主尺的最小分度是1 mm，游标尺上有10个小的等分刻度它们的总长等于9 mm，因此游标尺的每一分度与主尺的最小分度相差0.1 mm. 5.使用方法及注意事项： 一 游标卡尺 （1）首先要弄清该尺的精度。 （2）接着从主尺上读出整毫米数。 （3）再从游标尺上读出不足1毫米的长度值。 （4）最后确定测量结果。 注意：不需估读！ 读数=主尺整mm值+精确度×游标尺的对齐刻度数 读数规则：主尺刻度（整mm值）+游标刻度（小于整mm值） 练一练： 例1： 游标卡尺的主尺最小分度为 ， 图1尺的精度是 mm，读数是 mm; 图2中的精度是 mm，读数是 mm. 1mm 0.1 40.8 0.05 10.45 图1 图2 2.读出以下各游标尺的测量值 10.95mm 9.8mm 11.80mm 练一练： 3.游标卡尺读数练习 ① ② ③ ④ 0.65mm 79.90mm 99.60mm 100.15mm 练一练： 二 螺旋测微器 1.结构： 1.结构： 二 螺旋测微器 2.原理： 测微螺杆与固定刻度之间的精密螺纹的螺距为 mm，即旋钮每旋转一周，前进或后退 mm，而可动刻度上的刻度为50等份，每转动一小格，前进或后退 mm，即螺旋测微器的精确度为 mm。读数时估读到毫米的千分位上，因此，螺旋测微器又叫千分尺。 二 螺旋测微器 3.读数： 测量时，被测物体长度的整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）（注意半毫米刻度线是否露出）＋可动刻度数（估读一位）×0.01（mm）。 二 螺旋测微器 4.使用方法及注意事项： （1）测量时，在测微螺杆快靠近被测物体时应停止使用旋钮，而改用微调旋钮，避免产生过大的压力，既可使测量结果精确，又能保护螺旋测微器。 （2）在读数时，要注意固定刻度尺上表示半毫米的刻线是否已经露出。 （3）读数时，千分位有一位估读数字，不能随便扔掉，即使固定刻度的零点正好与可动刻度的某一刻度线对齐，千分位上也应读取为“0”。 （4）当小砧和测微螺杆并拢时，可动刻度的零点与固定刻度的零点不相重合，将出现起点误差，应加以修正，即在最后测长度的读数上去掉起点误差的数值。 例2： 练一练： 14.134mm 8.561mm 读出以下各螺旋测微器的测量值 练一练： 1.783mm 1.780mm 5.033mm 2.读出以下各螺旋测微器的测量值 练一练： 1．某同学测定一金属杆的长度和直径，示数如图甲、乙所示，则该金属杆的长度和直径分别为________cm和________mm。 60.10 4.20 练一练： 2.某同学利用游标卡尺和螺旋测微器分别测量一圆柱体工件的直径和高度，测量结果如图(a)和(b)所示。 该工件的直径为________cm，高度为________mm。 1.220 6.861 3．(1)如图甲、乙所示的两把游标卡尺，它们的游标尺分别为9mm长10等分、19mm长20等分，则读数依次为________mm、________mm。 (2)使用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图所示，则金属丝的直径是________mm。 17.5 23.35 2.140 练一练： 小结： 1、常见的游标卡尺分为10分度、20分度、50分度三种，主要用于测外径、内径、深度。 2、游标卡尺的读数方法为：测量值＝主尺整毫米数＋N×精度，N指游标上第几根线与主尺对齐。使用游标卡尺测量时不需要估读。 3、螺旋测微器（又叫千分尺）是比游标卡尺更精密的测量长度的工具，用它测长度可以准确到0.01mm，测量范围为几个厘米。 4、螺旋测微器的读数方法为：测量值（mm）＝固定刻度数（mm）＋可动刻度数（估读一位）×0.01（mm）。   三 测量导体电阻率 1、实验原理 ：测量导体的横截面积。 ：测量导体的长度。 ：测量导体的电阻。 （1）.电阻丝有效长度的测量 （2）.电阻丝直径的测量 毫米刻度尺 ：测定金属丝的长度（接入电路的） 2、物理量的测量 （3）.电阻的测量 电流表、电压表 ：测定金属丝的电流和电压，计算电阻 3.实验步骤 (1)用_____________在不同位置多次测量金属丝的直径，算出其平均值。 (2)把金属丝两端固定在接线柱上使其拉直，用_______多次测量接入电路部分的金属丝的长度，算出其平均值。 (3)按设计的电路图连接电路，并将滑动变阻器的滑片置于阻值最大端。 (4)闭合开关，改变滑片位置，测出若干组电流、电压值，填入设计的表格中。 (5)测量结束后打开开关，拆除电路，整理实验器材。 螺旋测微器 刻度尺 电流表的接法选择 本实验选择外接法 滑动变阻器的接法选择 本实验选择分压接法 实验电路图 4、数据处理 （1）在求Rx的值时可用两种方法 （2）计算电阻率 （1）用分别算出各次的数值，再取平均值。 （2）用图线的斜率求出。 将记录的数据 的值代入电阻率计算，求出待测金属丝的电阻率。 5、误差分析 （1）金属丝的横截面积是利用直径计算而得，直径的测量是产生误差的主要来源之一。 （2）采用伏安法测量金属丝的电阻时，由于采用的是电流表外接法，测量值小于真实值，使电阻率的测量值偏小。 （3）金属丝的长度测量、电流表和电压表的读数等会带来偶然误差。 （4）由于金属丝通电后发热升温，会使金属丝的电阻率变大，造成测量误差。 （1）金属丝的电阻值较小，实验电路一般采用电流表外接法。 （2）测量金属丝的有效长度，是指测量金属丝接入电路的两个端点之间的长度，即电压表两端点间的金属丝长度，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部位进行测量，求其平均值。 （4）闭合开关S之前，一定要使滑动变阻器的滑片处在接入电路的电阻值最大的位置。 （5）在用伏安法测电阻时，通过金属丝的电流I不宜过大(电流表用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。 6、注意事项 练一练： 36 练一练： 37 练一练： 38 练一练： 39 练一练： 2．在测定阻值较小的金属的电阻率的实验中，为了减小实验误差，并要求在实验中获得较大的电压调节范围，在测量其电阻时应选择的电路是（ ） D 小结： 1、电流表接在电压表两接线柱外侧的方法叫“外接法”，接在电压表两接线柱内侧的方法叫“内接法”。 2、在测量小电阻，即Rx<<RV情况下，使用外接法误差较小。测量大电阻，即Rx>>RA情况下，使用内接法误差较小。 3、滑动变阻器限流接法电路结构简单、操作方便、耗能少，但电压或电流不能从0变起、调节范围小。 分压接法电压或电流能从0调节，调节范围大，但电路结构复杂、操作不方便、耗能多。 练一练： 1．某同学用游标卡尺测量一个导体的长度。游标尺上有10等分刻度，测得的读数如图甲所示，该导体的长度是多少？某同学用螺旋测微器测量一个圆柱导体的直径，测得读数如图乙所示，则该圆柱导体的直径是多少？ 练一练： 2．随着居民生活水平的提高，纯净水已经 进入千家万户。某市对市场上出售的纯净水质量进行了抽测，结果发现有不少样品的电导率（电导率是电阻率的倒数，是检验纯净水是否合格的一项重要指标）不合格。 （1）你认为不合格的纯净水的电导率是偏大还是偏小？ （2）为了方便测量纯净水样品的电阻，将 采集的水样装入绝缘性能良好的塑料圆柱形容器内，容器两端用金属圆片电极密封，如图所示。请用笔画线表示导线，连接测量纯净水样品电阻的电路，注意合理选择电表的量程。 练一练： 练一练： 3．在用电压表和电流表测量某种金属丝的电阻率时，用刻度尺测得金属丝长度为60 cm，用螺旋测微器测得金属丝的直径为0.635 mm，两电表的示数分别如图所示（电压表量程0 ~ 3 V，电流表量程0 ~ 0.6 A）。请计算，该金属丝的电阻率是多少。 感谢倾听 Lavf58.20.100 图1　常用的螺旋测微器结构图 Lavf58.20.100 图2　螺旋测微器的局部放大图 　　接法 比较内容　　　 内接法 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 口诀 大内偏大，即大电阻采用电流表内接，测量结果偏大 小外偏小，即小电阻采用电流表外接，测量结果偏小 【例1】在“测定金属丝的电阻率”的实验中，待测金属丝的电阻Rx约为3 Ω，实验室备有下列实验器材： A．电压表V（量程3 V，内阻约为3 kΩ） B．电流表A（量程0.6 A，内阻约为1 Ω） C．滑动变阻器R（0～10 Ω，额定电流0.5 A） D．电源E（电动势为3 V，内阻约为0.3 Ω） E．开关S，导线若干 甲　　　　　　　　　乙 丙　　　　　　　　　　丁 （1）为减小实验误差，应选用图中 （填“甲”或“乙”）为该实验的电路原理图。 （2）现用刻度尺测得金属丝长度为60.00 cm，用螺旋测微器测得其直径示数如丙图，则直径为 mm。图丁为两电表的示数，则该金属丝的电阻率为 Ω·m（结果保留3位有效数字）。 【解析】（1）根据eq \f(RV,Rx)>eq \f(Rx,RA)可知，电流表外接，乙图符合题意。 （2）螺旋测微器读数由固定刻度和可动刻度两部分组成，d＝0.5 mm＋0.01×10.8 mm＝0.608 mm；电压表量程为3 V，分度值为0.1 V，示数为1.20 V，电流表量程为0.6 A，分度值为0.02 A，示数为0.50 A，根据欧姆定律得，R＝eq \f(U,I)＝2.4 Ω；金属丝的电阻率ρ＝eq \f(RS,L)≈1.16×10－6 Ω·m。 【答案】　（1）乙　（2）0.608　1.16×10－6 100111021000101210101002100010021010010210000012100011121001111210011102 Lavf58.50.100 $$