04 3．实验：导体电阻率的测量 实验2 金属丝电阻率的测量-【金版新学案】2024-2025学年高中物理必修第三册同步课堂高效讲义教师用书（人教版2019）

实验2　金属丝电阻率的测量 一、实验目的 1．学会使用伏安法测电阻。 2．会测量金属丝的电阻率。 二、实验原理 1．滑动变阻器的两种接法 接法 限流式 分压式 电路图 闭合开关前滑片的位置　　 应在最左端，即保证滑动变阻器接入电路中的阻值最大 应在最左端，即开始时R上得到的电压为零 R两端的电压范围 U～U 0～U 通过R的电流范围 ～ 0～ 2.两种接法的适用条件 (1)限流式接法适合测量阻值小的电阻(与滑动变阻器总电阻相比相差不多或比滑动变阻器的总电阻还小)。因为R小，限流式接法中滑动变阻器分得的电压大，移动滑片调节范围大。 (2)分压式接法适合测量阻值较大的电阻(比滑动变阻器的总电阻大)。因为R大，分压式接法中R几乎不影响电压的分配，移动滑片电压变化明显，便于调节。 (3)以下几种情况必须采用分压式接法 ①若采用限流式接法不能使电路中电流满足实验要求，即不论怎样调节滑动变阻器，待测电阻上的电流(或电压)都会超过电流表(或电压表)的量程，或超过待测电阻的额定电流，则必须选用分压式接法。 ②若待测电阻的阻值比滑动变阻器总电阻大得多，以致在限流电路中，滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端时，待测电阻上的电流或电压变化范围不够大，不利于多次测量求平均值，此时应改用分压式接法。 ③若实验中要求电压从零开始连续可调，则必须采用分压式接法。 (4)在两种电路均可使用的情况下，应优先采用限流式接法，因为限流式接法电路简单，能耗低。 学生用书第81页 3.金属丝电阻率的测量 由R＝ρ可得ρ＝，因此，只要测出金属丝的长度l、横截面积S和金属丝的电阻R，即可求出金属丝的电阻率ρ。 (1)把金属丝接入电路中，用伏安法测出金属丝的电阻R。 (2)用毫米刻度尺测量金属丝的长度l，用螺旋测微器测量金属丝的直径，算出横截面积S。 (3)将测量的数据代入公式ρ＝，求金属丝的电阻率。 三、实验器材 螺旋测微器、被测金属丝、毫米刻度尺、电池组、电流表、电压表、滑动变阻器、开关、导线若干。 四、实验步骤 1．直径测量 用螺旋测微器在被测金属丝的三个不同位置各测一次直径，求出其平均值d，计算出导线的横截面积S＝。 2．电路连接 按如图所示的原理图连接好实验电路。 3．长度测量 用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属导线的有效长度，反复测量3次，求出其平均值l。 4．U、I测量 把滑动变阻器的滑片调节到a端，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．拆去实验线路，整理好实验器材。 五、数据处理 1．求金属丝的电阻 (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U-I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。 2．计算电阻率 将记录的数据R、l、d的值代入电阻率计算式得ρ＝ ＝ 。 六、误差分析 1．金属丝的横截面积是利用直径计算得到的，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，电阻的测量值小于真实值，使电阻率的测量值偏小。 3．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。 七、注意事项 1．被测金属丝的有效长度，是指被测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被测金属丝的长度，测量时应将金属丝拉直，反复测量三次，求其平均值。 2．测量电路应选用电流表外接法，且测电阻时，电流不宜过大，通电时间不宜太长，因为电阻率随温度的变化而变化。 3．若采用图像法，在描点时，要尽量使各点间的距离大一些，连线时要尽可能地让各点均匀分布在直线的两侧，个别偏离较远的点可以不予考虑。 学生用书第82页 一　教材原型实验 在“金属丝电阻率的测量”的实验中： (1)用游标卡尺测得该金属丝的长度如图甲所示，读数L＝________cm；用螺旋测微器测量金属丝的直径，其示数如图乙所示，则该金属丝直径的测量值d＝________mm。 (2)按如图丙所示的电路图测量金属丝的电阻Rx(阻值约为15 Ω)。实验中除开关、若干导线之外还提供下列器材： 电压表V(量程0～3 V，内阻约3 kΩ)； 电流表A1(量程0～200 mA，内阻约3 Ω)； 电流表A2(量程0～3 A，内阻约0.1 Ω)； 滑动变阻器R1(0～50 Ω)； 滑动变阻器R2(0～200 Ω)； 电源(电源电压E＝3 V)。 为了调节方便，测量准确，实验中电流表应选______，滑动变阻器应选________。(均填器材的字母符号) (3)请根据电路图，用笔画线代替导线将图丁中的实验器材连接起来，并使滑动变阻器的滑片P 置于b端时接通电路后的电流最小。 (4)若通过测量可知，金属丝的有效长度为l，直径为d，通过金属丝的电流为I，对应金属丝两端的电压为U，由此可计算得出金属丝的电阻率ρ＝________。(用题目所给字母和通用数学符号表示) 答案：(1)5.235　0.383(0.382～0.384均可)　(2)A1　R1　(3)图见解析　(4) 解析：(1)游标卡尺的主尺读数为52 mm，游标尺读数为7×0.05 mm＝0.35 mm，所以最终读数为L＝52 mm＋0.35 mm＝52.35 mm＝5.235 cm；螺旋测微器固定刻度读数为零，可动刻度读数为38.3×0.01 mm＝0.383 mm，故d＝0.383 mm。 (2)由于通过待测金属丝的最大电流约为Imax＝＝0.2 A，所以电流表应选择A1；电路中需要的最大电阻约为Rmax＝＝45 Ω(电流表指针要控制在表盘刻度～处)，则滑动变阻器需要的最大电阻为45 Ω－15 Ω＝30 Ω，所以为调节方便，滑动变阻器应选择R1。 (3)实验器材连线如图所示。 (4)根据欧姆定律得R＝，又R＝ρ，S＝，联立可得ρ＝。 连接实物图时应注意以下几点 1．从电源正极出发，经过用电器、开关等元件，回到电源负极。 2．要注意导线不能交叉。 3．注意区分电流表和电压表及其量程。注意电流要从正接线柱流入电表，从负接线柱流出电表。 4．注意电路是否会短路。　　 (2024·河北石家庄期末)在“金属丝电阻率的测量”的实验中，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甲所示，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乙正确连接好电路，进行实验测量，记录数据如下： 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 学生用书第83页 (3)这个小组的同学在坐标纸上建立U-I坐标系，如图丙所示，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(结果保留2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 答案：(1)0.398(0.397～0.399均可)　(3)图见解析　4.5(4.3～4.7均可)　(4)C 解析：(1)螺旋测微器的读数为0＋39.8×0.01 mm＝0.398 mm。 (3)图线应过原点，选尽可能多的点连成一条直线，不在直线上的点均匀分布在直线两侧，偏离较远的点应舍去，如图所示。 图线的斜率表示金属丝的电阻，因此金属丝的电阻值Rx＝ Ω≈4.5 Ω。 (4)根据Rx＝ρ可得金属丝的电阻率ρ＝＝＝ Ω·m≈1×10-6 Ω·m，故选项C正确。 二　拓展创新实验 某同学在做《自来水电阻率的测定》课题时，在一根均匀的长玻璃管两端各装了一个电极，其间充满待测的自来水，然后用如图甲所示电路进行测量。 该同学选用器材如下： 电压表(量程15 V，内阻约90 kΩ)、电流表(量程300 μA，内阻约50 Ω)、滑动变阻器(100 Ω，1 A)、电池组(电动势E＝12 V，内阻r＝6 Ω)、开关一个、导线若干。 实验中测量情况如下： 安装前他用图乙所示的20分度游标卡尺测量玻璃管的内径，测得玻璃管的内径为30.75 mm，用刻度尺测得两电极相距L＝0.314 m。实验中还测得包括0在内的9组电流I、电压U的值，在坐标纸上描点如图丙所示。 根据以上材料回答下面的问题： (1)测量玻璃管内径时，应将图乙游标卡尺中的A、B、C三部分中的________与玻璃管内壁接触。 (2)根据实验数据可知该同学测得的水柱的电阻R＝________Ω。(保留2位有效数字) (3)根据测得的水柱电阻值可知实验中电路设计的不妥之处是____________________，请在下面的虚线框中画出改进后的电路图。(电路图中用Rx表示自来水的电阻) 答案：(1)A　(2)1.0×105(9.8×104～1.1×105均可)　(3)电流表应该采用内接法(或电流表不应该采用外接法)　见解析图(b) 解析：(1)测量玻璃管内径时应该用内测量爪，即A部分。 (2)在题图丙中作出U-I图像，如图(a)所示，根据图像可知斜率等于电阻，即R＝Ω＝1.0×105 Ω。 (3)根据测得的水柱阻值可知水柱阻值较大，远大于电流表的内阻，而与电压表内阻较为接近，因此电流表选择内接法更合适；改进后的电路图如图(b)所示。 学科网（北京）股份有限公司 $$