2.4 实验：测量金属的电阻率 课件 -2025-2026学年高二上学期物理教科版必修第三册

第二章 电路及其应用 2.4 实验：测量金属的电阻率 学习目标 1.掌握游标卡尺和螺旋测微器的使用方法和读数方法。 2.会分析电流表内外接法的误差及选择内外接法的方法。 3.学会利用伏安法测电阻，进一步测量金属丝的电阻率。 新课导入 电阻率是导体的重要电学参量，上节课我们学习了电阻定律。那么，本节将学习用伏安法测金属丝的电阻，并根据电阻定律的公式得到其电阻率的方法。 新课讲解 新课讲解 一般常用的金属导线有铜线、铝线以及合金导线，铜和铝的电阻率都很小，要得到几欧至十几欧之间的电阻，需要很细或很长的导线 ；而合金材料的电阻率较大，常用的有康铜、镍铬合金等。康铜是实验室中制作定值电阻、滑动变阻器的材料，而镍铬合金是电炉丝的常用材料，选择它们作为测量对象不必很长或很细，比较方便。 新课讲解 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 游标尺 主尺 外测量爪 深度尺 内测量爪 被测球体 紧固螺钉 游标卡尺的结构：由固定的 与可动的 组成 主尺 游标尺 新课讲解 10分度游标卡尺的读数 游标卡尺的读数方法： 读数=主尺读整值（mm） + 与主尺刻线对齐的游标尺 上刻度数×精确度（0.1 mm） 0 5 10 0 1 新课讲解 0 1 2 cm 0 5 10 0.1 mm 5.4 mm l = (5+4×0.1) mm = 5.4 mm 新课讲解 三种游标卡尺的特点： 卡尺种类 主尺精度(mm) 游标总长度(mm) 精度（mm) 10分度 20分度 50分度 0.02 0.1 49 19 9 1 1 1 0.05 新课讲解 螺旋测微器 固定刻度上下两排错位刻度的最小刻度为0.5 mm，可动刻度每格对应的螺距长度为0.01 mm。 构造包括：固定刻度，可动刻度，框架，旋钮（粗调旋钮），微调旋钮，测微螺杆，小砧。 新课讲解 螺旋测微器读数时 先读固定刻度：读取位置为可动刻度前的整刻度 （注意：固定刻度最小精度为0.5 mm）； 再读可动刻度：固定刻度的轴线所对的可动刻度即为所求 （注意：所对数值需要估读一位）。 螺旋测微器的读数 读数=固定刻度读数+n×0.01 mm（n为可动刻度读数） 新课讲解 8.500+0.202=8.702 mm 螺旋测微器使用时的注意事项 ①使用前应先观察固定刻度与可动刻度的零刻度线是否对齐 ②测量时先用粗调旋钮，当测微螺杆快靠近物体时，再转动微调旋钮 ③读数时要注意固定刻度的半毫米刻度线是否露出 ④读可动刻度要进行估读 右侧螺旋测微器的读数为 我们已学过用伏安法测电阻，知道电流表与电压表有不同的连接方法。 电流表接在电压表两接线柱外侧，通常叫“外接法” 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 注：因为电流表、电压表分别有分压、分流作用， 因此两种方法测量电阻都有误差。 伏安法测电阻 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RRV情况下使用。 A V R 误差分析 电流表外接 电压表的示数： 电流表的示数： 新课讲解 外接法的真实值的计算方法 （1）测量值的计算方法： （2）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 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 电流表内接 电压表的示数： 电流表的示数： U测＞U真 I测=I真 内接法的真实值计算 （1）测量值的计算方法： （2）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 使用电流表外接法时 ，电流表测得的数值包括了流过电压表的电流，比流过待测电阻的电流要大，因此测量结果比真实值偏小 ；使用电流表内接法时，电压表测得的数值包括了电流表两端的电压，比待测电阻两端的电压要大，因此测量结果比真实值偏大。 不论外接法还是内接法，测量都有误差。为尽量减小误差，若待测电阻远小于电压表内阻，则应选择外接法；若待测电阻远大于电流表内阻，则应选择内接法。 我们把内阻为零的电流表称为理想电流表，内阻无穷大的电压表称为理想电压表。可见，理想电流表和理想电压表都是理想模型，现实中并不存在。 电路选择 当 时，选用电流表内接法 当 时，选用电流表外接法 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 测量工具：毫米刻度尺（电阻丝总长度约几十厘米，可选用毫米刻度尺，长度较短时，可选用游标卡尺）；分度值1 mm，可估读到0.1 mm； 测量思路：测量接入电路的电阻丝有效长度，多测几次求取平均值。 有效长度 测金属丝的长度 测量思路：测量金属丝的直径d，间接得出金属丝的横截面积。 测量方法： （1）选刻度尺，利用累积法测直径； （2）选螺旋测微器或游标卡尺直接测量直径，在电阻丝的不同位置测量3次，求得直径的平均值。 为减小误差，尽量选用螺旋测微器 测金属丝的直径 测量电阻大小R 测量思路：利用电阻的定义式，连接电路，测出金属丝所通过电流和电压的大小 测量方法：伏安法（安安法；伏伏法等皆可） 用电压表测电压 用电流表测电流 　伏安法测电阻 伏安法：用电压表测出电阻两端的电压U，用电流表测出通过电阻的电流I，利用部分电路欧姆定律可以算出电阻的阻值R A V 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，并记录。 2.连电路：按实验原理中的电路图连接实验电路。 3.量长度：用______________测量接入电路中的待测金属丝的有效长度，重复测量3次，并记录。 4.求电阻：把滑动变阻器的滑动触头调节到使接入电路中的电阻值______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。 毫米刻度尺 最大 实验步骤 1.金属丝直径的测量 (1)特别注意半刻度是否露出。 (2)因螺旋测微器的精确度为0.01 mm，可动刻度上对齐的格数需要估读，所以，若以毫米为单位的话，最后一位应出现在小数点后的第三位上。 (3)把三个不同位置的测量结果求平均值作为直径d。 2.金属丝长度的测量 (1)应测量接入电路中的有效长度。(也要估读) (2)把3次测量结果求平均值作为长度l。 数据处理 3.电阻R的测量 (1)平均值法：可以用每次测量的U、I分别计算出电阻，再求出电阻的平均值，作为测量结果。 (2)图像法：可建立I－U坐标系，将测量的对应I、U值描点作出图像，利用图像斜率来求出电阻值R。 4.电阻率的计算 I U O A B 【例1】在伏安法测电阻的实验中，待测电阻Rx约为200 Ω，电压表V的内阻约为2 kΩ，电流表A的内阻约为10 Ω，测量电路中电流表的连接方式如图甲或图乙所示。 答案　Rx1　大于　小于 【例2】在“测定金属的电阻率”的实验中，某同学进行了如下测量： (1)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。其中一次测量结果如图甲所示，金属丝的另一端与刻度尺的零刻度线对齐，图中读数为________cm。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。其中一次测量结果如图乙所示，图中读数为________mm。 (2)采用如图所示的电路测量金属丝AB的电阻。调节滑动变阻器，若其中一次测量两表读数分别如图中(a)、(b)所示，则电压表读数为________V，电流表读数为________A，AB电阻的测量值大小为________Ω(保留1位小数)，根据所连接的电路可知，该电阻的测量值比真实值________(填“偏大”或“偏小”)。 (3)根据以上测量值，求出电阻率ρ＝________Ω·m。(答案保留两位有效数字) 解析　(1)刻度尺的最小分度是1 mm，故金属丝的测量长度为24.13 cm。螺旋测微器中主尺半毫米刻度线已露出，故金属丝的直径为0.518 mm。 答案　(1)24.13(24.11～24.15 cm之间均对)　 0.518(0.515～0.519 mm之间均对) (2)2.17(2.15～2.19 V之间均对)　0.16　13.6(13.4～13.7 Ω之间均对)　偏小 (3)1.2×10－5 D 跟踪训练 跟踪训练 跟踪训练 跟踪训练 跟踪训练 跟踪训练 课堂小结 实验 测量金属的电阻率 实验思路、实验器材 物理量的测量 数据处理、数据分析 实验步骤 注意事项 本节到此结束 祝学习愉快 计算结果由Rx＝计算得出，式中U与I分别为电压表和电流表的读数。若将图甲和图乙中电路测得的电阻值分别记为Rx1和Rx2，则________(填“Rx1”或“Rx2”)更接近待测电阻的真实值，且测量值Rx1________(填“大于”“等于”或“小于”)真实值，测量值Rx2________(填“大于”“等于”或“小于”)真实值。 解析　Rx约为200 Ω，＝＝0.1，＝＝0.05，所以采取电流表内接法测量更准确，即用图甲电路测量，Rx1更接近待测电阻的真实值。 图甲中，因为Rx1＝，R真＝，U>UR，I＝IR，则Rx1>R真； 图乙中，因为Rx2＝，R真＝，I>IR，U＝UR，则Rx2<R真。 (2)从电路实物图可知，电压表量程为0～3 V，读数为2.17 V。电流表量程为0～0.6 A，故读数为0.16 A。故R＝＝ Ω≈13.6 Ω。由于电流表采用外接法，电压表的内阻不是无穷大，电压表分流，故电流表的测量值大于真实值，由R＝可知，电阻的测量值偏小。 (3)由R＝ρ，R＝，S＝πd2，可得ρ＝≈1.2×10－5 Ω·m。 $$