第11章 第3节 实验2：金属丝电阻率的测量（课件PPT）-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年高中物理必修第三册（人教版2024）

电路及其应用 第十一章　 第3节　实验：导体电阻率的测量 第2课时　实验2：金属丝电阻率的测量 课件使用说明 本课件使用Office2016制作，请使用相应软件打开并使用。 本课件文本框内容可编辑，单击文本框即可进行修改和编辑。 本课件理科公式均采用微软公式制作，如果您是Office2007或WPS 2021年4月份以前的版本，会出现包含公式及数字无法编辑的情况，请您升级软件享受更优质体验。 由于WPS软件原因，少量电脑可能存在理科公式无动画的问题，请您安装Office 2016或以上版本即可解决该问题。 课前·教材预案 课堂·深度探究 课末·随堂演练 课后·限时作业 [学习目标]　1.掌握测量金属丝电阻率的实验原理和方法（科学探究）.2.了解伏安法测电阻的思路及实验数据的处理方法（科学思维）. 返回目录 物理　必修　第三册 　 课前·教材预案 知识点一　实验思路 设计实验电路，如图，取一段金属电阻丝连接到电路中，测出 电阻丝的 、 和直径d（S＝ ），由R ＝ρ得：ρ＝ 　　（用R、S、l表示）＝ 　　 （用R、d、l表示），从而计算出该电阻丝所用材料 的电阻率. 电阻R　 长度l　 　 　 　 返回目录 物理　必修　第三册 　 知识点二　物理量的测量 1.电阻的测量 根据伏安法测电阻的思想：用电压表测电阻丝两端的电压，用 电流表测电阻丝中的电流，读出多组电压、电流值，通过U－I 图像求R. 2.电阻丝有效长度的测量 用 测量电阻丝 的有效长度l.反复测量多次，得到有效长度的平均值. 刻度尺　 接入电路　 返回目录 物理　必修　第三册 　 3.电阻丝直径的测量 电阻丝比较细，所以我们采用累积的方法测量，或选取 ⁠ 或 来测量电阻丝的直径d.在不同位置测 量三次，取平均值d后，根据S＝ ⁠计算出电阻丝的横截 面积S. 螺旋 测微器　 游标卡尺　 πd2　 返回目录 物理　必修　第三册 　 知识点三　数据分析 1.数据处理 （1）公式法求电阻：测量多组 、 ⁠值，求出 对应的电阻后取平均值，不能对电流、电压取平均值. （2）图像法求电阻：作出U－I图像，由图像的 ⁠求出 电阻值，在设定标度时要尽量使各点间的距离拉大一些，连线 时要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. （3）计算导体的电阻率：将三个测量值代入公式ρ＝＝ 即可求电阻丝的电阻率. 电流　 电压　 斜率　 返回目录 物理　必修　第三册 　 2.误差分析 （1）电阻丝通电时温度升高，使所测电阻率比常温下电阻率 略大. （2）电阻丝长度及电阻丝直径测量不准确. 返回目录 物理　必修　第三册 　 课堂·深度探究 考点一　实验原理和操作 【例题1】在“测定金属丝的电阻率”的实验中： （1）用螺旋测微器测量金属丝的直径，其示数如图所示，则 该金属丝直径的测量值d＝ 　　　　 mm. 0.384　 解析　（1）螺旋测微器固定刻度示数为零，可动刻度示数为38.4×0.01 mm＝0.384 mm，故d＝0.384 mm. 返回目录 物理　必修　第三册 　 （2）请根据如图甲所示电路图，用笔画线代替导线将图乙中 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. 答案　（2）见解析图　 解析　（2）接法如图所示. 返回目录 物理　必修　第三册 　 （3）若通过测量可知，金属丝的长度为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） 解析　（3）根据欧姆定律有Rx＝， 又Rx＝ρ，S＝， 联立可得ρ＝. 返回目录 物理　必修　第三册 　 【变式1】在“测量金属丝的电阻率”的实验中，某同学用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属丝的有效长度，测量3次，求出其平均值L，用螺旋测微器测量金属丝的直径，选不同的位置测量3次，求出其平均值d. （1）采用如图甲所示的电路测量金属丝的电阻.电阻的测量值比真实值 　　　　（选填“偏大”或“偏小”）. 偏小　 解析　（1）电阻的测量值R测＝，由图甲可知，U测为真实值，而I测因电压表的分流作用比真实值偏大，所以R测比真实值偏小. 返回目录 物理　必修　第三册 　 （2）已知被测金属丝的电阻约为5 Ω，实验所用电源的电压为 3 V，电流表内阻约为0.1 Ω，电压表内阻约为15 kΩ.请你根据 电路图在图乙中进行实物连线. 答案　（2）见解析图　 解析　（2）由于电源电压为3 V，所以电压表选择0～3 V量程，被测金属丝的电阻约为5 Ω， 流过金属丝的最大电 流约为0.6 A，所以电 流表选0～0.6 A量程， 连线如图所示. 返回目录 物理　必修　第三册 　 （3）若测出金属丝的电阻为R，则金属丝的电阻率ρ＝ 　　　　. 解析　（3）由公式ρ＝和S＝， 可得金属丝的电阻率ρ＝. 答案　（3） 返回目录 物理　必修　第三册 　 （1）螺旋测微器如图所示.在测量电阻丝的直径时，先将电阻 丝轻轻地夹在测砧与测微螺杆之间，使电阻丝与测微螺杆、测 砧刚好接触，再旋动 　　　　（选填“A”“B”或“C”）， 直到听到“喀喀”的声音，以保证压力适当，同时防止螺旋测 微器损坏. 【例题2】某同学测量一段长度已知的电阻丝的电阻率.实验操作如下： C 解析　（1）A起固定作用，便于读数；B为粗调，调节B使电阻丝与测微螺杆、测砧刚好接触；然后调节C，C起微调作用. 返回目录 物理　必修　第三册 　 （2）选择电阻丝的 　　　　（选填“同一”或“不同”）位置进行多次测量，取其平均值作为电阻丝的直径. 不同　 解析 （2）电阻丝电阻R＝ρ，测量一段电阻丝的电阻，S为这段电阻丝的横截面积，而不是某位置处的横截面积，故应在不同位置进行多次测量，取其平均值作为电阻丝的直径以减小误差. 返回目录 物理　必修　第三册 　 （3）图甲中Rx为待测电阻丝.请用笔画线代替导线，将滑动变 阻器接入图乙实物电路中的正确位置. 答案　（3）如图所示 返回目录 物理　必修　第三册 　 （4）为测量Rx，利用图甲所示的电路，调节滑动变阻器测得5 组电压U1和电流I1的值，作出的U1－I1关系图像如图所示.接着，将电压表改接在a、b两端，测得5组电压U2和电流I2的值，数据见下表： U2/V 0.50 1.02 1.54 2.05 2.55 I2/mA 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 请根据表中的数据，在图中方格纸上作出U2－I2图像. 返回目录 物理　必修　第三册 　 答案　（4）如图所示 解析 （4）把U2和I2的数据在方格纸中描点，用过原点的直线把它们连在一起，让尽可能多的点在直线上. 返回目录 物理　必修　第三册 　 （5）由此，可求得电阻丝的阻值Rx＝ 　　　　 Ω.根据电阻定 律可得到电阻丝的电阻率. 答案　（5）23.5（23.0～24.0均可） 解析 （5）结合题图中图线的斜率可知 R0＋Rx＋RA＝49.0 Ω， R0＋RA＝25.5 Ω， 解得Rx＝23.5 Ω. 返回目录 物理　必修　第三册 　 【变式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 如图所示，其读数应为 　　　　mm.（该值接近多次测量的平 均值） 解析　（1）螺旋测微器的读数为0＋39.8×0.01 mm＝0.398 mm. 答案　 （1）0.398（0.397～0.399均可）　 返回目录 物理　必修　第三册 　 （2）用伏安法测金属丝的电阻Rx.实验所用器材为：电池组 （电动势3 V，内阻约1 Ω）、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 返回目录 物理　必修　第三册 　 由以上实验数据可知，他们测量Rx是采用图中的 　　　　（选 填“甲”或“乙”）图. 甲　 解析　（2）由记录数据知，若采用乙图限流电路，则当U＝0.10 V，I＝0.020 A时，滑动变阻器需串入的电阻约为144 Ω，大于滑动变阻器的最大阻值20 Ω，所以实验中滑动变阻器R应采用分压 式连接，故采用甲图电路. 返回目录 物理　必修　第三册 　 （3）如图所示是测量Rx的实验器材实物图，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，补充完成图中实物间的连线，并使闭合开关的瞬间，电压表或电流表不至于被烧坏. 解析 （3）实物连接图见如图1所示. 答案　 （3）见解析图　 返回目录 物理　必修　第三册 　 （4）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） 答案 （4）见解析图　4.5（4.3～4.7均可）　 解析 （4）U－I图线如 图2所示，求出图线斜率 即Rx的阻值. 返回目录 物理　必修　第三册 　 （5）根据以上数据可以估算出金属丝电阻率约为 　　　　. （填选项前的符号） A.1×10－2 Ω·m B.1×10－5 Ω·m C.1×10－6 Ω·m D.1×10－8 Ω·m 答案　 （5）C 解析 （5）R＝ρ，则ρ＝·R＝≈1.0×10－6 Ω·m. 返回目录 物理　必修　第三册 　 课末·随堂演练 1.（实验原理的操作）在“测量金属丝的电阻率”的实验中， 需要测量的物理量有U、I、d、l. （1）用螺旋测微器测金属丝直径时的读数如图甲所示，则金 属丝的直径为 　　　　mm. 答案　（1）0.695（0.694～0.696均可）　 解析　（1）由题图甲所示螺旋测微器的示数可知，固定刻度上的读数为0.5 mm，可动刻度上的读数为19.5×0.01 mm＝0.195 mm，螺旋测微器的读数为0.5 mm＋0.195 mm＝0.695 mm. 返回目录 物理　必修　第三册 　 （2）若用图乙所示电路测量金属丝的电阻，则测量结果将相对于真实值 　　　　（选填“偏大”或“偏小”）. 答案　（2）偏小　 解析　（2）由题图乙所示电路图可知，电流表采用外接法，由于电压表的分流作用，所测电流偏大，由R＝可知，电阻测量值小于真实值. 返回目录 物理　必修　第三册 　 （3）用电压表和电流表测金属丝的电压和电流时，读数如图 丙、丁所示，则电压表的读数为 　　　　V，电流表的读数为  　　　　A. 2.60 0.52　 解析　（3）由题图丙可知，电压表的量程为3 V，分度值为0.1 V，则电压表的读数为2.60 V；由题图丁可知，电流表的量程 为0.6 A，分度值为0.02 A，则电流表的读数为0.52 A. 返回目录 物理　必修　第三册 　 （4）请用测量得到的物理量写出金属丝电阻率ρ的表达式：  　　　　. 解析　（4）根据电阻定律R＝ρ及R＝和S＝πd2，可得电阻 率的表达式为ρ＝ . 答案　（4）ρ＝ 返回目录 物理　必修　第三册 　 2.（实验数据处理）ab是一段粗细均匀的合金金属丝，为测定 该金属丝的电阻率ρ，某实验小组设计了如图甲所示的电路.R0 是阻值为2 Ω的保护电阻，滑片P与电阻丝始终接触良好. （1）实验中用螺旋测微器测得电阻丝的直径如图乙所示，其示数为d＝ 　　　　mm. 答案　（1）0.400　 解析　（1）由题图乙所示螺旋测微器可知示数为0 mm＋ 40.0×0.01 mm＝0.400 mm. 返回目录 物理　必修　第三册 　 （2）实验时闭合开关，调节P的位置，记录aP长度x和对应的 电压U、电流I等相关数据，如表所示. x/m 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 U/V 1.50 1.72 1.89 2.00 2.10 2.18 I/A 0.49 0.43 0.38 0.33 0.31 0.28 /Ω 3.06 4.00 4.97 6.06 6.77 7.79 若不考虑电流表的内阻，请利用题中所给字母写出该合金金属 丝电阻率的表达式ρ＝ 　　　　. 返回目录 物理　必修　第三册 　 解析　（2）由R＝ρ、R＝得，＝ρ，其中l＝x、S＝， 则电阻率ρ＝. 答案　（2）　 返回目录 物理　必修　第三册 　 （3）据表中数据作出－x关系如图丙所示，利用该图，可求得电阻丝的电阻率ρ为 　 　　Ω·m（结果保留两位有效数字）.图丙中－x关系图线纵轴截距的物理意义是 　　 　　. 1.3×10－6　 电流表的内阻 解析　（3）由R＝ρ知，－x图像的斜率k＝＝，据图像得k＝＝10，即10＝，则电阻率ρ10S≈1.3×10－6 Ω·m； 根据电路图连接可知，当x＝0时，表示电流表的内阻. 返回目录 物理　必修　第三册 　 课后·限时作业 （建议用时：40分钟） 返回目录 物理　必修　第三册 　 制 作 者：状元桥 适用对象：高中学生 制作软件：Powerpoint2010、 Photoshop cs3 运行环境：WindowsXP以上操作系统 $$