2.4 第3课时 金属电阻率的测量（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年高中物理必修第三册（教科版2019）

第3课时　金属电阻率的测量 物理观念 科学探究 科学态度与责任 1.掌握电压表和电流表的读数。 2．掌握毫米刻度尺、螺旋测微器或游标卡尺的读数方法。 3．利用伏安法，采用合适的电路测量电阻的阻值。 　　通过分析恰当选取测量电路和控制电路。 1.培养热爱科学，激发努力探索未知的激情。 2．培养团结协作精神。 1．实验目的 (1)练习使用电流表、电压表及伏安法测电阻。 (2)测定金属的电阻率。 2．实验原理 (1)把金属丝接入电路中，用伏安法测金属丝的电阻R(R＝)。电路图如图所示。 (2)用毫米刻度尺测出接入电路的金属丝的长度l，用螺旋测微器测出金属丝的直径d，算出横截面积S(S＝)。 (3)由电阻定律R＝ρ，得ρ＝＝＝， 求出电阻率。 3．实验器材 螺旋测微器、毫米刻度尺、电压表 、电流表、开关及导线、待测金属丝、电源(学生电源)、滑动变阻器。 4．实验步骤 (1)测直径：用螺旋测微器在待测金属丝上三个不同位置各测一次直径，取平均值作为金属丝的直径d。 (2)量长度：用毫米刻度尺测量接入电路中的待测金属丝的有效长度，重复测量3次，取平均值作为金属丝的长度l。 (3)连电路：按实验原理中的电路图连接实验电路。 (4)测电阻：把滑动变阻器的滑动触头调节到使接入电路中的电阻值最小的位置，电路经检查确认无误后，闭合开关S。改变滑动变阻器滑动触头的位置，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)拆除实验电路，整理好实验器材。 5．数据处理 (1)求电阻： 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)电阻率的计算 将测得的R、l、d的值，代人电阻率计算公式ρ＝＝中，计算出金属丝的电阻率。 6．误差分析 (1)金属丝直径、长度测量的不准确带来偶然误差。 (2)电流表外接法，R测<R真导致ρ测<ρ真(系统误差)。 (3)通电时间过长，电流过大，都会导致电阻率发生变化(系统误差)。 7．注意事项 (1)为了方便，应在金属丝连入电路前测导线直径，为了准确，应测量拉直悬空的连入电路的金属丝的有效长度，且各测量三次，取平均值。 (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，因为电阻率随温度而改变。 (3)为准确求出R的平均值，应多测几组U、I数值，然后采用U－I图像法求出电阻。 【例1】 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(内阻约为0.1 Ω)、电压表(内阻约为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按照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 由以上实验数据可知：他们测量Rx是采用图2中的________图(选填“a”或“b”)。 (3)如图丙所示是测量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。请根据图乙所示的电路图，补充完成图中实物间的连线，并使闭合开关的瞬间，电压表或电流表不会被烧坏。 (4)这个小组的同学在坐标纸上建立U－I坐标系，如图丁所示，图中已标出了与测量数据对应的7个坐标点。请在图中描绘出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)。 (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．1×10－3 Ω·m C．1×10－6 Ω·m D．1×10－8 Ω·m (6)任何实验测量都存在误差。本实验所用测量仪器均已校准，下列关于误差的说法正确的是________(有多个正确选项)。 A．用螺旋测微器测量金属丝直径时，由于读数引起的误差属于系统误差 B．由于电流表和电压表内阻引起的误差属于偶然误差 C．若将电流表和电压表的内阻计算在内，可以消除由测量仪表引起的系统误差 D．用U­I图像处理数据求金属丝电阻可以减小偶然误差 答案：(1)0.398　(2)a　(3)见解析图　(4)4.5 (5)C　(6)CD 解析：(1)螺旋测微器的读数为0十39.8×0.01 mm＝0.398 mm。 (2)Rx是小电阻，所以采用安培表外接，滑动变阻器阻值比较小，采用分压式接法，因此采用a电路。 (3) (4)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≈4.5 Ω。 (5)根据Rx＝ρ得金属丝的电阻率ρ＝＝＝ Ω·m≈1.12×10－6 Ω·m，选项C正确。 1．在“测定金属丝的电阻率”的实验中，小张同学选用毫米刻度尺测量金属丝的有效长度，当金属丝的左端与毫米刻度尺的“0”刻度对齐时，右端如图甲所示；用螺旋测微器测量金属丝的直径如图乙所示；用伏安法测得多组U、I数据，做出该金属丝的伏安特性曲线如图丙所示。 (1)金属丝的有效长度L为________cm，直径D为________mm，电阻R为________Ω。 (2)将测得的数据代入公式ρ＝________，即可求出金属丝的电阻率(用第(1)问给出的字母表示)。 答案：(1)98.70　5.780　6.5　(2) 解析：读数解析略。根据I－U图像斜率等于电阻的倒数，得R＝＝Ω＝6.5 Ω。根据电阻定律ρ＝R，S＝得ρ＝。 2．有一根细而均匀的圆柱体导体棒样品(如图甲所示)，电阻约为100 Ω，为了测量其电阻率ρ，可先测其电阻Rx，现提供以下实验器材： A．10分度的游标卡尺 B．螺旋测微器 C．电流表A1(量程50 mA，内阻r1为100 Ω) D．电流表A2(量程100 mA，内阻r2约为40 Ω) E．电流表A3(量程1 A，内阻r3约为0.1 Ω) F．滑动变阻器R1(20 Ω，额定电流1 A) G．滑动变阻器R2(0～2 kΩ，额定电流0.1 A) H．直流电源E(12 V，内阻不计) I．圆柱体导体棒样品Rx(电阻Rx约为100 Ω) J．开关一只，导线若干 (1)用游标卡尺测得该样品的长度如图乙所示，其示数L＝________cm；用螺旋测微器测得该样品的直径如图丙所示，其示数D＝________mm。 (2)为了尽可能精确地测量原件电阻Rx，电路原理图如下所示，图中电流表甲应选________；电流表乙应选________(用器材前的序号表示)。 (3)闭合开关，测量出需要测量的物理量。需要测量的物理量是________。 (4)根据(1)(3)步测量的数据字母，表示出电阻率ρ＝________。 答案：(1)5.00　1.600　(2)C　D　(3)电流表A1的读数I1，电流表A2的读数I2　(4) 解析：(1)由图示螺旋侧微器可知，其示数：L＝50 mm＋0.0×0.01 mm＝50.000 mm＝5.00 cm 由图示螺旋测微器可知，其示数D＝1.5 mm＋10.0×0.01 mm＝1.600 mm。 (2)实验没有电压表，可以用已知内阻的电流表A与待测电阻并联测电压，电流表甲选择C；电流表乙应选D。 (3)待测电阻阻值Rx＝＝，实验需要测量：电流表A1的读数I1，电流表A2的读数I2。 (4)由电阻定律可知Rx＝ρ＝ρ，电阻率ρ＝＝。 [课时梯级训练(16)见P164] 学科网（北京）股份有限公司 $$