11.3 实验：导体电阻率的测量 课件-2024-2025学年

第十一章 电路及其应用 第3节 导体电阻 率的测量 第3节 导体电阻率的测量 02 03 01 游标卡尺与螺旋测微器 实验原理与装置 目录 CONTENTS 伏安法测电阻 04 滑动变阻器的接法 V 一 、实验原理 2.测长度L： 毫米刻度尺 3.测直径d： ②游标卡尺或螺旋测微器 ①累积法 注意：第三节滑动变阻器的分压接法涉及串并联的知识，要先讲第四节 R= =R =R =R 1.测电阻R： 伏安法测电阻 二 、游标卡尺与螺旋测微器 1.游标卡尺: 二 、游标卡尺与螺旋测微器 1.游标卡尺: 0 5 10 0 1 0 5 10 0 1 0 5 10 0 1 0+3×0.1= 读数: 0.3mm 1+4×0.1= 读数: 1.4mm 【典例1】读出下列游标卡尺的示数？ 思考：如果想近一步提高测量的精确度可以怎么办？ 0 10 20 0 1 2 3 二 、游标卡尺与螺旋测微器 1.游标卡尺: 0 10 20 0 1 2 3 0 10 20 0 1 2 3 0+11×0.05= 读数: 0.55mm 3+7×0.05= 读数: 3.35mm 9+8×0.05= 读数: 9.40mm 10+16×0.05= 读数: 10.80mm 0 10 20 0 1 2 3 0 10 20 0 1 2 3 试一试：读出下列游标卡尺的示数？ 【典例2】读出下列游标卡尺的示数？ 1.游标卡尺: 思考1：这个是多少分度的游标尺？ 20分度 10分度 20分度 精确度: 0.1mm 0.05mm 种类: 二 、游标卡尺与螺旋测微器 思考2：如果想近一步提高测量的精确度可以怎么办？ 50分度 0.02mm 1.游标卡尺: 10分度 20分度 精确度: 0.1mm 0.05mm 种类: 二 、游标卡尺与螺旋测微器 30.70mm 30+35×0.02= 读数: 试一试：读出下列游标卡尺的示数？ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 17.00mm 17+0×0.02= 读数: 【典例3】读出下列游标卡尺的示数？ 【典例3】读出下列游标卡尺的示数？ 王莽(公元前45年-公元23年10月6日)，字巨君，新都哀侯王曼次子、西汉孝元皇后王政君之侄、王永之弟。中国历史上新朝的建立者，即新始祖，也称建兴帝或新帝，公元8年-公元23年在位。 二 、游标卡尺与螺旋测微器 1.游标卡尺: 10分度 20分度 精确度: 0.1mm 0.05mm 种类: 二 、游标卡尺与螺旋测微器 50分度 0.02mm 2.螺旋测微器: 思考：50分度的游标尺虽然精确，但是有点不容易看清楚了，若想再次提高精确度该怎么做？ 二 、游标卡尺与螺旋测微器 2.螺旋测微器: 15 20 5 10 0 0 5 10 45 40 15 20 5 10 0 0 5 10 45 40 15 20 5 10 0 0 5 10 45 40 15 20 5 10 0 0 5 10 45 40 8.5+20.3×0.01 4.0+8.8×0.01 试一试：读出螺旋测微器的示数？ =8.703 mm 读数: 读数: =4.088 mm =5.545mm =8.462mm 试一试：读出螺旋测微器的示数？ 5.5+4.5×0.01 8.0+46.2×0.01 读数: 读数: 试一试：读出螺旋测微器的示数？ 思考：测量下列长度用什么仪器较好？ 1.导线长度和直径 2.头发丝直径 3.小球半径 4.螺帽外径和内径 50分度 0.01mm 要估读 不估读 二 、游标卡尺与螺旋测微器 1.游标卡尺: 10分度 20分度 精确度: 0.1mm 0.05mm 种类: 50分度 0.02mm 2.螺旋测微器: =R 如何测量导体电阻R？ 三、伏安法测电阻 1.电流表接法 V A U I Rx= 有误差 Rx V A Rx Rx= 有误差 U I ①外接法: 三、伏安法测电阻 电压表分流 < UV= URx IA= IRx+IV R测= UV IA URx IRx+IV = R真= URx IRx 误差原因: 即Rx<<RV时，选外接。 分流越小，误差越小。 小电阻外接，测量值偏小 1.电流表接法 V A U I Rx= 有误差 Rx V A Rx Rx= 有误差 U I ①外接法: 三、伏安法测电阻 电流表分压 > UV= URx+UA IA= IRx R测= UV IA IRx URx+UA = R真= URx IRx 误差原因: 即Rx>>RV时，选内接。 分压越小，误差越小。 小电阻外接，测量值偏小 ②内接法: 大电阻内接，测量值偏大 口诀： 大内小外 V A U I Rx= 有误差 Rx V A Rx Rx= 有误差 U I 思考1：三个电阻该选择什么接法？ RA RB RC RX 10Ω 100Ω 1000Ω 接法 RA 1Ω RV 10000Ω Rx>>RA 选内接。 Rx<<RV 选外接 RX RA RV RX < 外接 内接 都可 即：RX< 选外接 RX RA RV RX > 即：RX> 选内接 1.电流表接法 V A U I Rx= 有误差 Rx V A Rx Rx= 有误差 U I ①外接法: 三、伏安法测电阻 小电阻外接，测量值偏小 ②内接法: 大电阻内接，测量值偏大 口诀： 大内小外 RX RA RV RX < 即：RX< 选外接 RX RA RV RX > 即：RX> 选内接 思考2：若不知电阻大小该如何选择? 1.电流表接法 ①外接法: 三、伏安法测电阻 小电阻外接，测量值偏小 ②内接法: 大电阻内接，测量值偏大 口诀： 大内小外 V A S a b Rx ③试触法: (1)若电压表示数明显变化， 用外接 (2)若电流表示数明显变化， 用内接 流明内压明外 1.电流表接法 ①外接法: 三、伏安法测电阻 小电阻外接，测量值偏小 ②内接法: 大电阻内接，测量值偏大 口诀： 大内小外 ③试触法: 2.电表读数: 流明内压明外 - 0.6 3 - 3 15 【典例4】如图为电流表和电压表的刻度盘。 (1)图甲电流表使用0.6 A量程时，对应刻度盘上每一小格代表________A，图中表针示数是________A；当使用3 A量程时，对应刻度盘上每一小格代表________A，图中表针示数为________A。 (2)图乙电压表使用较小量程时，表盘刻度每小格表示________V，图中表针的示数为________V。若使用的是较大量程，则这时表盘刻度每小格表示________V，图中表针示数为________V。 0.02 0.44 0.1 2.20 0.1 1.70 0.5 8.5 1.电流表接法 三、伏安法测电阻 口诀： 大内小外 2.电表读数: 流明内压明外 ①最小刻度是1、0.1的，估读到最小刻度下一位 最小刻度是0.02、0.5的，估读到最小刻度位 ②测量的最大值不能超过表的量程，在保证安全的前提下选择小量程。 ③测量的最小值要大于量程1/3 思考：如何让测量值大于量程1/3呢？ - 0.6 3 - 3 15 ④缺点：U、I不能从0调起、调节范围小。 URx( , ） Rx R0+Rx E 1.限流法 特点：一上一下(二接) ①P处于A端: RP=0 URx= E IRx= E Rx ②P处于B端: RP= URx= E R0+Rx Rx R0 四、滑动变阻器接法 E Rx V A R0 IRx( , ） E R0+Rx E Rx E Rx R0+Rx = E IRx= URx Rx = E R0+Rx ③优点 : 结构简单、操作方便、耗能少。 若R滑<<Rx ⑤适用条件： R滑与Rx差不多 U、I指针几乎不动 若R滑>>Rx I变化明显， A B 顶多限点流 U前期指针几乎不动 2.分压法 特点：一上两下 (三接) 1.限流法 四、滑动变阻器接法 特点：一上一下 (二接) Rx A V A B R0 E 2.分压法 特点：一上两下 (三接) 1.限流法 四、滑动变阻器接法 特点：一上一下 (二接) ①P处于A端: 此时Rx被短路 URx= 0 IRx=0 ②P处于B端: URx= UR0 IRx= URx Rx A B R0 E 此时整个R0与Rx并联 Rx A V =E E Rx = ④缺点:结构复杂、操作不便、耗能多。 ③优点:U、I能从0调节，调节范围大。 URx( , ） IRx( , ） 0 E 0 E Rx ⑤适用条件： R滑与Rx差不多 或R滑<<Rx 以小搏大，越小越好。 =1Ω =10000Ω 注意:(1)以下三种情况必选分压 (3)限流接法：选择待测电阻的阻值相接近的滑动变阻器。 四、滑动变阻器接法 2.分压法 特点：一上两下 (三接) 1.限流法 特点：一上一下 (二接) (2)当两种接法均可时，一般采用限流接法。 ①当要求电压或电流从0变起时; ②当待测电阻Rx远大于滑变总阻值R0时; ③当采用限流接法，无论怎样调节都不能保证电路安全时。 分压接法：选择总电阻小而额定电流大的滑动变阻器。 V A Rx R0 V A Rx R0 伏安法测电阻的四种电路 V A Rx R0 V A Rx R0 V A Rx R0 分压外接法 分压内接法 限流内接法 限流外接法 思考3:描绘小灯泡伏安特性曲线选哪种接法？ A V 分压外接 思考3:描绘小灯泡伏安特性曲线选哪种接法？ 分压外接 滑片一开始要滑在哪端？ 思考3:描绘小灯泡伏安特性曲线选哪种接法？ 分压外接 滑片一开始要滑在哪端？ 思考4：测金属丝电阻率选哪种接法？ 分压或限流外接 V A Rx R0 V A Rx R0 - 3 15 - 0.6 3 - 3 15 - 0.6 3 2.量长度:测有效长度,反复测量3次，求平均值。 3.连电路:限流(分压)外接，皆可。 4.求电阻: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,求平均值，断开开关S。 5.电流不宜过大,通电时间不宜太长,以免因温度升高而变化。 实验步骤应该注意什么事项？ 思考4：测金属丝电阻率选哪种接法？ 分压或限流外接 1.测直径:在被测金属丝上三个不同位置各测一次直径，并记录。 思考4：测金属丝电阻率选哪种接法？ 思考5：测纯净水电阻率选哪种接法？ 分压或限流外接 V A Rx R0 V A Rx R0 - 3 15 - 0.6 3 分压或限流内接 【典例5】 图为用伏安法测量一个定值电阻阻值的实验所需的器材实物图，器材规格如下： ①待测电阻Rx（约100）； ②直流电流表（量程0～10mA，内阻约50）； ③直流电压表（量程0～3V，内阻5K）； ④直流电源（输出电压4V，内阻可不计）； ⑤滑动变阻器（阻值范围0～50,最大电流1A） ⑥开关一个，导线若干条。 根据器材的规格和实验要求，在实物图上连线。 RX=100 = =500 < 故电流表应采用外接法. 滑动变阻器能采用限流法吗？ Imin= =0.02A =20mA >10mA 故滑动变阻器应采用分压法. 【典例5】 图为用伏安法测量一个定值电阻阻值的实验所需的器材实物图，器材规格如下： 【典例5】 图为用伏安法测量一个定值电阻阻值的实验所需的器材实物图，器材规格如下： 要求：连的正确且美观漂亮 分度 精确度: 是否估读 游标卡尺 10分度 0.1mm 不估读 20分度 0.05mm 50分度 0.02mm 螺 50分度 0.01mm 估读 导体电阻率的测量 实验原理 滑动变阻器的接法 伏安法测电阻 课堂小结 游标卡尺螺旋测微器 =R 2.测长度L： 毫米刻度尺 3.测直径d： ②游标卡尺或螺旋测微器 ①累积法 1.测电阻R： 伏安法测电阻 ①外接法: 小电阻外接，测量值偏小 ②内接法: 大电阻内接，测量值偏大 口诀： 大内小外 2.分压法: 一上两下 (三接) 1.限流法: 一上一下 (二接) [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)； V1(量程0～3 V，内阻约3 kΩ)， V2(量程0～15 V，内阻约9 kΩ)； 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(电动势3 V，内阻不计)； 滑动变阻器：R(最大阻值约20 Ω)； 开关S；导线若干。为使测量尽量精确，电压表应选________，电流表应选________。(均选填器材代号) 课堂练习 考法(一)　实验基本操作 6.713 V1 A1 (3)若滑动变阻器采用分压式接法，正确选择仪器后请在图乙中用笔画线代替导线，完成实物电路的连接。 (4)用伏安法测得该金属棒的电压和电流，并作出其伏安特性曲线如图丙所示，若图像的斜率为k，则该金属棒的电阻率ρ＝________。(用题目中所给物理量字母表述) 课堂练习 考法(一)　实验基本操作 [例2] 在“测定金属丝的电阻率”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 次测量结果如图所示，其读数应为________mm (该值接近多次测量的平均值)。 (2) 用伏安法测金属丝的电阻Rx。实验所用器材为电池组(3 V)、电流表、电压表、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按照电路图正确连接好实验器材，进行实验测量，记录数据如下： 课堂练习 考法(二)　数据处理和误差分析 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 0.398 (3)这个小组的同学在坐标纸上建立U-I坐标系，如图所示，图中已标出了与测量数据对应的4个坐标点。请在图中标出第2、4、6次测量数据的坐标点，并描绘出U-I图线。由图线得到金属丝的阻值Rx＝_______________Ω(保留两位有效数字)。 (4)根据以上数据可以估算出金属丝电阻率约为______。(π取3.14) A．1×10－2 Ω·m　　 B．1×10－3 Ω·m C．1×10－6 Ω·m D．1×10－8 Ω·m 课堂练习 考法(二)　数据处理和误差分析 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 4.3 C [例3] 小明用电学方法测量电线的长度，首先小明测得电线铜芯的直径为1.00 mm，估计其长度不超过50 m(已知铜的电阻率为1.75×10－8 Ω·m)，现有如下实验器材： ①量程为3 V、内阻约为3 kΩ的电压表； ②量程为0.6 A、内阻约为0.1 Ω的电流表； ③阻值为0～20 Ω的滑动变阻器； ④内阻可忽略，输出电压为3 V的电源； ⑤阻值为R0＝4.30 Ω的定值电阻，开关和导线若干。 小明采用伏安法测量电线电阻，正确连接电路后，调 节滑动变阻器，电流表的示数从0开始增加，当示数 为0.50 A 时，电压表示数如图甲所示，读数为______V，根据小明测量的信息，图乙中P点应该__________(选填“接a”“接b”“接c”或“不接”)，Q点应该________(选填“接a”“接b”“接c”或“不接”)，小明测得的电线长度为________m。 考法(三)　源于经典实验的创新考查 课堂练习 2.50 接b 接a 31.4 [例4] 用图甲所示电路测量常温下纯净水的电阻率，其中内径均匀的圆柱形玻璃管侧壁连接一细管，细管上加有阀门K以控制管内纯净水的水量，玻璃管两端接有导电活塞，右活塞固定，左活塞可自由移动，实验过程如下：(1)按图甲连接电路，电源为理想电源，内阻不计；R为电阻箱，R1、R2为两个阻值相同的定值电阻，V1、V2为两个量程相同的理想电压表。 (2)不同水柱长度L及其电阻R的测量。 ①用10分度游标卡尺测量玻璃管的内径d， 示数如图乙所示，则d＝________mm ②向玻璃管内注满纯净水，并用刻度尺测 量水柱长度L； ③把S拨到1位置，记录电压表V1示数； ④把S拨到2位置，调整电阻箱阻值，使电压表V2示数与电压表V1示数相同，记录电阻箱的阻值R；则此时玻璃管内水柱的电阻Rx＝_____； 课堂练习 考法(三)　源于经典实验的创新考查 13.7 R ⑤根据测量数据，可得纯净水的电阻率为ρ＝________。 (用Rx、d、L表示) ⑥改变玻璃管内水柱长度，重复实验， 记录每一次水柱长度L和电阻箱阻值R； ⑦断开S，整理好器材。 (3)在实验中，导致水柱的电阻Rx的测 量值与实际值有偏差的原因____________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________(写出一种原因即可)。 课堂练习 考法(三)　源于经典实验的创新考查 通电过程中水温升高导致的测量偏差等。 导线和导电活塞有电阻； 两电压表读数的偶然误差； 电阻箱精确度导致的测量偏差； 1．在“导体电阻率的测量”实验中：(1)根据如图甲所示的电路图，实物连线图(图乙)中的导线a端应与________(选填“b”“c”或“d”)接线柱连接； (2)下列操作正确的是________。 A．连接电路时，开关处于断开状态 B．闭合开关前，滑动变阻器滑片调到最右端 C．完成电流表和电压表读数后，及时断开开关 课堂练习 c　 AC 2. (2023·北京高考)采用图1所示的电路图来测量金属丝Rx的电阻率。 (1)实验时，闭合开关S前，滑动变阻器的滑片P应处在______(填“M”或“N”)端 (2)按照图1连接实物图，如图2所示。闭合开关前检查电路时，发现有一根导线接错，该导线为__________(填“a”“b”或“c”)。若闭合开关，该错误连接会带来的问题有__________________________________________。 课堂练习 M b 移动滑片时，电压表和电流表没示数 3．(2023·福建泉州期中)某实验小组测量某圆柱体复合材料的电阻率ρ。 (1)该实验小组分别用20分度的游标卡尺、螺旋测微器测量其长度L和直径D，某次测量结果如图甲、乙所示。该圆柱体复合材料的长度L＝__________cm，直径D＝________mm。 课堂练习 (2)某次实验时，电压表的示数为U，电流表的示数为I，若用U/I表示该圆柱体复合材料的电阻的测量值，则该测量值比真实值偏________(填“大”或“小”)。 (3)用实验过程中测量的物理量对应的字母表示电阻率，则该圆柱体复合材料电阻率的表达式为ρ＝________。 17.650 0.440 小 4．现有一合金制成的圆柱体，为测量该合金的电阻率，现用伏安法测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(a)和(b)所示。 (1)圆柱体的直径为________mm，长度为________cm。 课堂练习 1.847 4.240 (2)已知实验中所用的滑动变阻器阻值范围为0～10 Ω，电流表内阻约几欧，电压表内阻约20 kΩ。电源为干电池(不宜在长时间、大功率状况下使用)，电动势E＝4.5 V，内阻很小。则以下电路图中________(填电路图下方的字母代号)电路为本次实验应当采用的最佳电路。但用此最佳电路测量的结果仍然会比真实值偏________(填“大”或“小”)。 (3)若流经金属丝的电流为I，圆柱体两端之间的电压为U，圆柱体的直径和长度分别为D、L，测得D、L、I、U表示的电阻率的关系式为ρ＝________。 课堂练习 小 A 5. 某同学想测出附近一工厂排出的废水的电阻率。如图甲是实验所用的盛水容器，其左右两侧面为带有接线柱的金属薄板(电阻极小)，其余四面由绝缘材料制成，容器内部长a＝40 cm，宽b＝20 cm，高c＝10 cm。他将水样注满容器，粗测电阻约为2 000 Ω。 (1)他用下列器材设计实验测量所取水样的电阻： A．电流表(量程0～5 mA，电阻RA＝800 Ω) B．电压表(量程0～15 V，电阻约为10.0 kΩ) C．滑动变阻器(0～20 Ω) D．电源(12 V，内阻约1 Ω) E．开关一个、导线若干 如图乙所示已完成部分电路连接，留下1、2两根导 线待连接，导线1应连接到________处(选填“R” 或“S”)，导线2连接到________处(选填“M”或 “N”)。 课堂练习 R N (2)正确连接电路后，改变滑动变阻器阻值，得到六组测量数据。某次测量电压表读数如图丙所示，读数为________V，图中已描点，请在图丁中连线作U-I关系图像。 (3)根据U-I图像，所测水样的电阻率为________Ω·m。(结果保留两位有效数字) (4)某次实验得到一元件U-I关系图线如图所示，随着电压增大，该元件的电阻将________。 课堂练习 4.0 85 变大 谢 谢 观 看 $$