第03讲 实验：导体电阻率的测量（同步课件）-【上好课】高二物理同步精品课堂（人教版2019必修第三册）

§3 实验：导体电阻率的测量 人教版(2019)必修 第三册 第十一章 电路及其应用 贰 长度的测量及测量工具的选用 叁 金属丝电阻率的测量 肆 课堂练习 目 录 壹 新课引入 必修三 新课引入 壹 复习与思考： 1.通过上节课的学习，我们已经知道如何测量电阻和影响电阻的因素，那么根据我们的所学，你是否知道如何测量金属的电阻率？ 2.为了完成对金属电阻率的测量，我们需要用的哪些仪器？ 3.测量过程中我们如何减小误差呢？ 长度的测量及测量工具的选用 贰 一、游标卡尺 1.游标卡尺构造及作用 2.用途:测量厚度、长度、内径、外径。 3.原理:是利用主尺的单位刻度(1 mm)与游标尺的单位刻度之间固定的微量差值来提高测量精度的。 4.精度：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数量的小等分刻度少1 mm。常见的游标卡尺有10分度、20分度和50分度三种。见下表: 刻度格数(分度) 刻度总长度 每小格与1mm的值 精确度(可准确到) 10 9 mm 0.1 mm 0.1 mm 20 19 mm 0.05 mm 0.05 mm 50 49 mm 0.02 mm 0.02 mm 一、游标卡尺 一、游标卡尺 5.读数法则 游标“0”刻度之前的整毫米刻度+精确度×对齐格数（不需估读） 0 10 标尺 主尺 cm 3 2 使用演示： 【读数练习】 二、螺旋测微器 1.螺旋测微器构造及作用 二、螺旋测微器 2.螺旋测微器测量原理 螺旋测微器主尺上有上、下两行刻度，各为1mm，上下相邻的两刻线之间距离为0.5mm，可直接读取。副尺为一圆周，有50个刻度。副尺转一周，主尺就移动0.5mm。因而副尺每一个刻度的示值为Δ=0.01mm，可以精确到0.01mm，还应该估读到千分位，故螺旋测微器又名“千分尺”。 二、螺旋测微器 3.读数法则 固定刻度 （整毫米刻度+半毫米刻度）+0.01×估度格数 使用演示： 【读数练习】 三、电流表和电压表 1.电表的构造及作用 量程选择 使用事项 电表估读 选择合适量程：使得测量时指针偏转角度要尽可能大，一般要求超过量程的1/3，但又不能超过量程 (1)使用前应先进行零点调整(机械调零) (2)红表笔插“＋”插孔，黑表笔插“－”插孔 (3)红表笔接电势高处，黑表笔接电势低处，即电流从红表笔进表，从黑表笔出表 (1)最小分度是“1，0.1，0.01，…”时，估读到最小分度的1/10(即估读到最小分度的下一位) (2)最小分度是“2，0.2，0.02，…”时，估读到最小分度的1/2(即估读到最小分度的本位) (3)最小分度是“5，0.5，0.05，…”时，估读到最小分度的1/5(即估读到最小分度的本位) 2.电压表和电流表的使用与读数 【读数练习】 金属丝电阻率的测量 叁 一、伏安法测电阻（测量电路选择） （1）电流表接在电压表两接线柱外侧，通常叫“外接法” （2）电流表接在电压表两接线柱内侧，通常叫“内接法” A V R A V R 1、两种测量电路 电流表示数 2、误差分析 （1）电流表外接法 电压表示数 ①误差：测量值偏小 减少误差的方法：误差来源于电压表的分流，分流越小，误差越小．测量小电阻，即 情况下使用。 < A V R ②外接法的真实值的计算方法 测量值的计算方法： 真实值的计算方法：将电流表、电压表看成电阻(RV已知时)，利用欧姆定律计算。 A V R （2）电流表内接法 电压表示数 电流表示数 ①误差：测量值偏大 减少误差的方法：误差来源于电流表的分压，分压越少，误差越小．测量大电阻，即 情况下适用。 A V R > ②内接法的真实值计算 测量值的计算方法： 真实值的计算方法：将电流表、电压表看成电阻（RA已知时），利用欧姆定律计算。 A V R 3、电路选择 当 时，选用电流表内接法． 时，选用电流表外接法． 当 （1）直接比较法：当Ｒx《Ｒv时，采用外接法 　　　　　　　 当Ｒx》ＲA时，采用内接法 （2）阻值比值法： （3）试探法： 若伏特表示数有明显变化，即　　　　　用外接 若安培表示数有明显变化，即　　　　　用内接 26 现代科学早已把物质结构的秘密揭开：物质都是由分子组成．而分子由原子组成，原子是由一个带正电的原子核和一定数目的绕核运动的带负电的电子组成．原子核所带正电量的总数与核外所有电子的负电量总数是相等的，且正电荷、负电荷分布的中心（常称电荷中心）重合．因而，在通常情况下，整个原子呈电中性（所谓不带电）．当原子因某种原因（如摩擦、受热、化学变化等），而失去一个或几个电子时，原子就显为“带正电”，获得额外电子时，就显为“带负电”．所以，实质上物体的带电过程就是电子的得失过程．比如用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的正电荷，实质上就是由于两者摩擦，组成玻璃棒的原子上的若干电子转移到丝绸上，使玻璃棒失去电子带正电，而丝绸得到电子带负电． 二、 滑动变阻器（控制电路选择） A B D C P A、B是绕在绝缘棒上的电阻丝两个端点，C、D是金属杆的两个端点。电阻丝上能够与滑片P接触的地方，绝缘漆已被刮去，使滑片P能把金属杆与电阻丝连接起来。 1、滑动变阻器的结构 2．滑动变阻器的两种连接方式   限流式接法 分压式接法 两种接法的电路图 (电源内阻不计) (电源内阻不计) 负载R上电压的调节范围 0≤U≤E 负载R上电流调节范围 闭合S前滑片P的位置 b端 a端 分压接法的优点是：电压变化范围大，附加功率损耗较大。 限流接法的优点是：电路连接简便， 附加功率损耗较小。 当负载电阻Rx 较小，变阻器总阻值R 较大(是Rx 的几倍)时限流接法对电流、电压控制作用显著，一般用限流接法。 当负载电阻Rx 较大（是R 的几倍）时，变阻器总阻值R 较小，限流接法对电压的调控作用不明显，一般选分压接法。 当要求电压从0变起，一定用分压接法。 当要求电压变化范围尽可能大，一定用分压接法。 3、分压接法与限流接法的比较 4、下列情况必须采用分压式 ①若要求负载的电压（或电流）从“零”开始变化；或要求“尽量大”的调节范围，测多组数据 ②若变阻器的最大值比用电器电阻小许多。 ③若用限流法无法控制电路，如超过了电表的量程等。 1、实验原理：由 得 ，只要分别测出一段金属丝的电阻R、横截面积S，及有效长度L即可。 2、实验原理图： (1)电流表采用内接法还是外接法？ (2)滑动变阻器采用限流接法还是分压接法？ 三、金属丝电阻率的测量 3、实验步骤： (1)用螺旋测微器在被测金属丝上的三个不同位置各测一次直径，求出其平均值d. (2)用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属丝的有效长度，反复测量三次，求出其平均值l. (3)连接电路，运用伏安法测定接入电路中金属丝的电阻 (4)将测得的Rx、l、d值，代入公式 和 计算电阻率 4、注意事项： (1)测量直径时，需要在接入电路的金属丝三个不同位置测量，取平均值 (2)测量金属丝长度，注意测量接入电路的金属丝长度。即有效长度；并且读数要注意估读； (3)测量金属丝电阻时，注意控制电流不宜太大与通电时间不宜过长，避免由于温度升高引起电阻率变大 实验演示： 课堂练习 肆 1．游标卡尺和螺旋测微器都是物理实验中常用的测量工具，下图是用游标卡尺和螺旋测微器测量某样品的长度和直径时的读数情况，下列说法正确的是（　　） A．游标卡尺所测样品的长度为5.10cm B．游标卡尺所测样品的长度为5.010cm C．螺旋测微器所测样品的直径为4.70mm D．螺旋测微器所测样品的直径为9.200mm B 【答案】B 【详解】AB．游标卡尺的最小分度值为0.05mm， 图中读数为，A错误，B正确； CD．螺旋测微器的最小分度值为0.01mm， 图中读数为，CD错误。故选B。 2．某同学要用伏安法测电阻，现有电压表（量程10V，内阻约为40kΩ），电流表（量程100mA，内阻为约为2Ω），待测电阻Rx约为200Ω，他准备选用如图甲或乙电路，关于他应选用的电路和测量结果的说法正确的是（　　） A．他应选用甲电路，测量值会略大于待测电阻R的真实值 B．他应选用甲电路，测量值会略小于待测电阻R的真实值 C．他应选用乙电路，测量值会略大于待测电阻R的真实值 D．他应选用乙电路，测量值会略小于待测电阻R的真实值 B 【答案】B 【详解】由题意可得，，电路应该选择电流表外接法，即甲电路；甲电路所测电压准确，但电流偏大，由欧姆定律可知，测量值会略小于待测电阻R的真实值。故选B。 3．某实验小组在“测定某金属丝的电阻”的实验中，设计了如下所示的电路图。已知该金属丝的电阻约为，电源为蓄电池（不宜在长时间、大功率状况下使用），电动势，内阻很小。滑动变阻器阻值范围为，电流表内阻约几欧，电压表内阻约。则以下电路图中，哪个电路为本次实验应当采用的最佳电路（　　） A 【答案】A 【详解】因电源不能在大功率下长时间运行，则本实验应采用限流接法（滑动变阻器必须接成分压电路的情况：①要求电压表能从零开始读数；②当待测电阻（滑动变阻器的最大阻值）时；③若采用限流式接法，电路中的最小电流仍超过电路中电表、电阻允许的最大电流。滑动变阻器的最大阻值和用电器的阻值差不多且要求电压不从零开始变化，通常情况下，由于限流式结构简单、耗能少，使用限流接法最佳）；由于待测电阻的阻值约为，与电流表内阻接近，故采用电流表外接法误差较小。故选A。 4．在“测量金属丝的电阻率”实验中，电池组右端为正极，测量一段金属丝电阻时所用器材和部分电路连线如图所示，下列说法正确的是（    ）     A．图中的导线a端应与电流表“3”接线柱连接 B．导线b端应与电流表“－”接线柱连接 C．开关闭合前，图中滑动变阻器滑片应置于最左端 D．用螺旋测微器测金属丝同一部位直径4次，算其平均值 C 【答案】C 【详解】AB．在“测量金属丝的电阻率”实验中，金属丝的电阻较小，为了减小实验误差，电流表应采用外接法，而通过电流表的电流也较小，因此应选用较小量程，则图中的导线a端、b端均应与电流表上的“0.6”接线柱连接，故AB错误； C．为了保护电路，闭合开关前，应使待测支路电流最小，即滑动变阻器滑片应置于图中的最左端，故C正确； D．应用螺旋测微器测金属丝不同部位直径4次，算其平均值，故D错误。故选C。 5．某同学要测量一均匀新材料制成的圆柱体的电阻率ρ，步骤如下：该同学测量出圆柱体长度L，圆柱体的直径D，用伏安法较精确地测量出圆柱体电阻为R时，电压和电流分别是U和I，则该圆柱体材料的电阻率ρ为（　　） A． B． C． D． C 【答案】C 【详解】根据由欧姆定律及电阻定律可得，联立解得故选C。 谢谢观看 Lavf58.12.100 Lavf58.12.100 Lavf58.12.100 $$