11.3 实验：导体电阻率的测量 教学设计 -2025-2026学年高二上学期物理同步练习分类专题教案（人教版2019必修第三册）

第十一章 电路及其应用 课时11.3 实验：导体电阻率的测量 1. 通过实验,掌握螺旋测微器、游标卡尺的使用和读数,会测金属的电阻率。 2. 掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法。 （一）游标卡尺 1. 构造：游标卡尺主要由主尺和游标尺组成。 2. 原理：游标卡尺是利用主尺的单位刻度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。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都比主尺上同样多的小等分刻度少1 mm。 3. 精度：常用的游标卡尺有10分度、20分度和50分度三种。 分度 刻度总长度 每小格与1 mm的差值 精确度（可精确到） 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 4. 读数：若用x表示由主尺上读出的整毫米数，K表示游标尺上零刻度线右边第K条刻度线与主尺上某一刻度线对齐，则记录结果表示为（x + K × 精确度）mm。 （二）螺旋测微器 1. 构造：如图所示。 2. 原理：测微螺杆F与固定刻度B之间的精密螺纹的螺距为0.5 mm，即旋钮D每旋转一周，测微螺杆F前进或后退0.5 mm。可动刻度E上有50个等分刻度，每转动一小格，测微螺杆F前进或后退0.01 mm，即精确度为0.01 mm。读数时误差出现在毫米的千分位上，因此，螺旋测微器又叫千分尺。 3. 读数：从固定刻度上读取整毫米或半毫米数，然后从可动刻度上读取剩余部分，再把两部分读数相加得到测量值。即测量值d = 固定刻度读数+可动刻度数×0.01（单位：mm），如图2所示：固定刻度示数为2.0 mm，半毫米刻度线未露出，而从可动刻度上读的示数为15.0，最后的读数为：2.0mm + 15.0 × 0.01mm = 2.150 mm。 （三）金属丝电阻率的测量 1. 实验思路：取一段金属电阻丝连接到实验电路中，只要测出电阻丝的电阻R、长度l和直径d，就可以计算出该电阻丝所用材料的电阻率，即 。 2. 物理量的测量 （1）电阻的测量：按实验电路图连接实物电路。改变滑动变阻器滑片的位置，读取多组电压、电流值，通过U－I图像求得电阻R。 （2）电阻丝有效长度的测量：电阻丝长度的测量工具应选用刻度尺，在测量电阻丝的长度时，测量的并不是电阻丝的总长度，而是接入电路的有效长度l，反复测量多次，得到有效长度的平均值。 （3）电阻丝直径的测量：因为电阻丝比较细，直接用刻度尺测量会产生比较大的误差。选择测量工具时，既要考虑使用的方便，也要考虑测量误差的大小。 3. 数据分析 将三个测量值代入 ，计算得出金属丝的电阻率。 考点 伏安法测电阻两种接法的比较和电路的选择   电流表的内接法和外接法的比较 内接法 外接法 电路   误差来源 电流表分压 U测 = Ux + UA 电压表分流 I测 = Ix + IV 电阻测量值 R测 = = Rx + RA > Rx R测 = = < Rx 适用条件 RA << Rx RV >> Rx 适用于测量 大阻值电阻（电流表分压越小，误差越小） 小阻值电阻（电压表分流越小，误差越小） 基础过关练 题组一　基本仪器的使用和读数 1.(2025安徽宿州期中)测量导体电阻率的电学实验中需要测量电阻丝的长度和直径。下列各个仪器，适合用来测量电阻丝长度的是　　　。某同学正确测量电阻丝直径的读数为0.410 cm，则他选用的测量仪器是　　　。(填仪器对应选项)  A.毫米刻度尺　　　　B.螺旋测微器 C.弹簧测力计　　　　D.游标卡尺 2.(2025广东广州第五中学测试，节选)某同学设计了测量一元硬币电阻率的实验。 先用螺旋测微器测量硬币的厚度，然后用游标卡尺测量硬币的直径，螺旋测微器和游标卡尺的示数分别如图a和b所示，则硬币的厚度d=　　　　mm，直径D=　　　　cm。  　 题组二　实验原理与操作 3.(2025北京育才学校期中)在“测量金属丝的电阻率”的实验中，实验小组的同学测量一段粗细均匀、阻值约为6 Ω的金属丝的电阻率。实验小组的同学采用图1所示的电路图，用伏安法测金属丝的电阻Rx，现有电源(两端电压保持3 V不变)、开关、导线若干，以及下列器材： A.电压表V1(量程0~3 V，内阻约3 kΩ) B.电压表V2(量程0~15 V，内阻约15 kΩ) C.电流表A1(量程0~3 A，内阻约0.025 Ω) D.电流表A2(量程0~0.6 A，内阻约0.125 Ω) E.滑动变阻器R1(0~5 Ω，3 A) F.滑动变阻器R2(0~1 000 Ω，0.5 A) (1)为减小测量误差，在实验中，电压表应选用　　　，电流表应选用　　　，滑动变阻器应选用　　　。(均选填各器材前的字母)  (2)图2是测量Rx的实物图，图中已连接了部分导线。请根据图1的电路图，补充完成图2中实物间的连线。 4.(2025广东惠州期中)一根细长均匀的金属管线样品，长约60 cm，电阻大约为6 Ω，截面图如图甲所示。 (1)用螺旋测微器测量金属管线的外径，示数如图乙所示，金属管线的外径为　　　　mm。  (2)实验室有如下器材： A.电流表(量程0~0.6 A，内阻约0.1 Ω) B.电流表(量程0~3 A，内阻约0.03 Ω) C.电压表(量程0~3 V，内阻约3 kΩ) D.滑动变阻器(0~1 750 Ω，允许的最大电流为0.3 A) E.滑动变阻器(0~15 Ω，允许的最大电流为3 A) F.蓄电池组(电压为6 V) G.开关一个，带夹子的导线若干 要进一步精确测量金属管线样品的阻值，电流表应选　　　　，滑动变阻器应选　　　　。  (3)将如图丙所示的实物电路补充完整。 (4)金属管线样品材料的电阻率为ρ，通过多次测量得出金属管线的电阻为R，金属管线的外径为d，又测得管线的长度为L，则金属管线内形状不规则的中空部分的横截面积S的表达式为S=　　　　。  题组三　数据处理与误差分析 5.(2025北京第九中学期中)有一合金制成的圆柱体，为测量该合金的电阻率，现用伏安法测量圆柱体两端的电阻，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分别如图甲和乙所示。 　 (1)由图得圆柱体的直径为　　　　mm，长度为　　　　mm。  (2)若圆柱体两端的电压为U，流经圆柱体的电流为I，圆柱体的直径和长度分别用D、L表示，则用D、L、I、U表示的合金的电阻率表达式为ρ=　　　　。  (3)用伏安法测圆柱体的电阻Rx时，实验所用器材为：电池组(电压为3 V)、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，允许的最大电流为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，记录数据如下表： 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 a.由以上实验数据可知，他们测量Rx时控制电路采用的是变阻器　　　　连接(选填“限流式”或“分压式”)。  b.该小组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5个坐标点，请在图中标出第4、6次测量数据的坐标点，并描绘出U-I图线。 c.由图线得到圆柱体的阻值Rx=　　　　Ω。(结果保留2位有效数字)  d.根据电流表内阻、电压表内阻及Rx的测量值可知，为了使Rx的测量值尽可能准确，测量电路应选择电流表　　　　法(选填“内接”或“外接”)。  答案与分层梯度式解析 第十一章　电路及其应用 3　实验：导体电阻率的测量 基础过关练 1.答案　A　D 解析　由题意可知，毫米刻度尺的分度值为1 mm，适合用来测量电阻丝长度，故选A。某同学正确测量电阻丝直径的读数为0.410 cm=4.10 mm，由于螺旋测微器可估读到千分之一毫米，即0.001 mm，所以该同学不是用它测量的电阻丝的直径，选择50分度或20分度的游标卡尺来测量电阻丝的直径，读数可以是0.410 cm，故选D。 2.答案　1.840　2.500 解析　由题图a可知，螺旋测微器的半毫米刻度线已露出，所以固定刻度读数为1.5 mm，再读出可动刻度上的格数(估读一位)×0.01 mm，则硬币厚度为d=1.5 mm+34.0×0.01 mm=1.840 mm；游标卡尺主尺读数为2.5 cm，游标尺读数为0×0.05 mm=0.00 mm，硬币直径为D=25 mm+0.00 mm=2.500 cm。 易错提醒　使用螺旋测微器时的注意点 (1)螺旋测微器读数时应估读一位，以 mm作为单位，应读到小数点后面的第三位。 (2)读数时，除了观察固定刻度的整毫米数外，特别要注意半毫米刻度线是否露出。 3.答案　(1)A　D　E　(2)图见解析 解析　(1)由于电源两端电压保持3 V不变，故电压表应选用A；待测金属丝的阻值约为6 Ω，则电路中的最大电流约为Im≈= A=0.5 A，故电流表应选用D；由图示电路图可知，滑动变阻器采用分压式接法，为了调节方便，滑动变阻器应选择阻值较小的，所以滑动变阻器应选用E。 (2)根据题图1的电路图，完成实物连线如图所示： 4.答案　(1)1.125(1.124~1.126均可)　(2)A　E　(3)图见解析　(4)- 解析　(1)螺旋测微器固定刻度读数为1.0 mm，可动刻度读数为12.5×0.01 mm=0.125 mm，故金属管线的外径d=(1.0+0.125) mm=1.125 mm。 (2)由于电压表的量程为0~3 V，通过金属管线的最大电流约为Imax== A=0.5 A，所以电流表应选择A；实验时，一般要求电表示数能在最大测量值的到之间，所以电路中需要最大电阻约为Rmax== Ω=15 Ω，则滑动变阻器选E。 (3)由于R<= Ω，所以电流表采用外接法，而滑动变阻器的最大阻值R阻大约是R的2倍，滑动变阻器起限流作用，电路连线如图所示。 (4)金属管线中空部分的横截面积S=πd2-S金，由R=ρ知，金属管线金属部分的横截面积S金=ρ，则金属管线中空部分的横截面积S=πd2-ρ。 5.答案　(1)1.845(1.844、1.846均可)　42.40　 (2)　(3)a.分压式　b.图见解析　 c.4.5(4.4、4.6均可)　d.外接 解析　(1)由题图可得，圆柱体的直径为1.5 mm+0.01 mm×34.5=1.845 mm，长度为42 mm+0.05 mm×8=42.40 mm。 (2)根据Rx==ρ=ρ，可得合金的电阻率为ρ=。 (3)a.由表中的实验数据可知，电压表的读数范围较大，可知他们测量Rx时控制电路采用的是变阻器分压式接法。 b.根据题给数据在U-I图中描点，用直线拟合各点，得出的U-I图线如图： c.由图线得到圆柱体的阻值Rx== Ω≈4.5 Ω。 d.根据电流表内阻、电压表内阻及Rx的测量值可知=>=，即圆柱体电阻Rx为小电阻，则为了使测量值尽可能准确，测量电路应选择电流表外接法。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 $$