4.第2课时 金属丝电阻率的测量-【金版新学案】2025-2026学年高中物理必修第三册同步课堂高效讲义教师用书（教科版）

本高中物理讲义聚焦“测量金属的电阻率”核心实验，系统梳理从电阻定律（ρ=RS/l）出发，通过伏安法测电阻（R=U/I），结合螺旋测微器测直径、毫米刻度尺测长度，再经平均值法或U-I图像法处理数据的完整探究脉络，搭建实验原理到数据处理的学习支架。 该资料以科学探究为主线，通过规范实验步骤（如多次测量直径和长度）培养证据意识，用U-I图像斜率求电阻体现科学思维中的模型建构，结合误差分析（温度影响、电表接法）渗透严谨科学态度。例题与拓展实验（如自来水电阻率测定）助于课中教学深化，课后可通过数据处理示例查漏补缺，提升实验能力。

4．实验：测量金属的电阻率 第2课时　金属丝电阻率的测量 【素养目标】　1.掌握伏安法测定金属丝电阻率的实验原理、实验器材。2.能结合图像处理实验数据，并能分析实验误差。 一、实验目的 1．学会使用伏安法测电阻。 2．会测量金属丝的电阻率。 二、实验原理 由R＝ρ得ρ＝，因此，只要测出金属丝的长度l、横截面积S和金属丝的电阻R，即可求出金属丝的电阻率ρ。 1．把金属丝接入电路中，用伏安法测出金属丝的电阻R(R＝)。 2．用毫米刻度尺测量金属丝的长度l，用螺旋测微器测量金属丝的直径，算出横截面积S。 3．将测量的数据代入公式ρ＝，求金属丝的电阻率。 三、实验器材 螺旋测微器、被测金属丝、毫米刻度尺、电池组、电流表、电压表、滑动变阻器、开关、导线若干。 四、实验步骤 1．直径测量 用螺旋测微器在被测金属丝的三个不同位置各测一次直径，求出其平均值d，计算出导线的横截面积S＝。 2．电路连接 按如图所示的原理图连接好实验电路。 3．长度测量 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3次，求出其平均值l。 4．U、I测量 把滑动变阻器的滑片调节到a端，电路经检查确认无误后，闭合开关S，改变滑动变阻器滑片的位置，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．拆去实验线路，整理好实验器材。 学生用书↓第87页 五、数据处理 1．在求R的平均值时可用两种方法 (1)用R＝分别算出各次的数值，再取平均值。 (2)用U-I图线的斜率求出。 2．计算电阻率 将记录的数据R、l、d的值代入电阻率计算式得ρ＝＝。 六、误差分析 1．金属丝的横截面积是利用直径计算而得，直径的测量是产生误差的主要来源之一。 2．采用伏安法测量金属丝的电阻时，由于采用的是电流表外接法，电阻的测量值小于真实值，使电阻率的测量值偏小。 3．金属丝的长度测量、电流表和电压表的读数等会带来偶然误差。 4．由于金属丝通电后发热升温，会使金属丝的电阻率变大，造成测量误差。 七、注意事项 1．本实验中被测金属丝的电阻值较小，因此实验电路一般采用电流表外接法。 2．被测金属丝的有效长度，是指被测金属丝接入电路的两个端点之间的长度，即电压表两端点间的被测金属丝长度，测量时应将金属丝拉直，反复测量三次，求其平均值。 3．测金属丝直径一定要选三个不同位置进行测量，求其平均值。 4．闭合开关S之前，一定要使滑动变阻器的滑片处在使被测电阻被短路的位置。 5．在用伏安法测电阻时，通过被测金属丝的电流I不宜过大，通电时间不宜过长，以免金属丝的温度明显升高，造成其电阻率在实验过程中逐渐增大。 6．若采用图像法，在描点时，要尽量使各点间的距离大一些，连线时要尽可能地让各点均匀分布在直线的两侧，个别明显偏离较远的点不予考虑。 一　教材原型实验 (2025·陕西咸阳市期末)某实验小组测量一捆长度为L＝100 m铜芯线的电阻率，实验如下： (1)如图甲所示，用螺旋测微器测得铜芯的直径d＝ mm； (2)如图乙所示，取整捆铜芯线、两节干电池和相关器材，组成实验电路，请补充连接好实物电路，要求电压表示数能从零开始连续调节； (3)正确连接实物电路后，闭合开关，调节滑动变阻器，测得电流表示数I＝2.00 A，此时电压表示数如图丙所示，示数为U＝ V，计算铜芯线电阻率的表达式ρ＝ (用题中所给已知量和测量量的字母表示)； (4)实验小组查阅教材得知在t＝20 ℃时铜的电阻率小于由(3)中表达式计算出的测量值，你认为造成这种偏差的可能原因是 。 A．电流表测得的电流大于通过铜芯线的电流 B．用螺旋测微器测得铜芯的直径偏小 C．实验时铜芯线的温度高于20 ℃ D．铜芯线不纯，含有杂质 答案：(1)1.400　(2)见解析图　(3)2.20　　(4)CD 解析：(1)用螺旋测微器测得铜芯的直径为d＝1 mm＋40.0×0.01 mm＝1.400 mm。 (2)为了使电压表示数能从零开始连续调节，则滑动变阻器采用分压式接法，实物图连接如图所示。 (3)电压表选用的量程为3 V，根据仪表读数规则可读出此时电压表示数为2.20 V 由欧姆定律有I＝，由电阻定律有R＝ρ 其中S＝ 联立可得铜芯线电阻率的表达式为ρ＝。 (4)电流的测量值偏大会导致电阻的测量值偏小，从而使电阻率的测量值偏小，A错误；铜芯的直径测量值偏小会导致铜芯线的横截面积测量值偏小，从而使电阻率的测量值偏小，B错误；若实验时铜芯线的温度偏高，将导致铜芯线的电阻率偏大，C正确；若铜芯线材料含有杂质，可能导致铜芯线的电阻率偏大，D正确。 学生用书↓第88页 连接实物图时应注意以下几点 1．从电源正极出发，经过用电器、开关等元件，回到电源负极。 2．遇到复杂的电路图，先按照简单的串联或并联的画法一点一点分解。 3．要注意导线不能交叉。 4．注意区分电流表和电压表及其量程。 5．画完电路图后，按照从正极出发的方向走一遍，看是否正确。 6．重点注意电流要从正接线柱流入电表，从负接线柱流出电表。 7．注意电路是否会短路。 在“测定金属丝的电阻率”的实验中，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、电压表、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电路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 (3)这个小组的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(结果保留2位有效数字)。 (4)根据以上数据可以估算出金属丝的电阻率约为 。(π取3.14) A．1×10－2 Ω·m B．1×10－3 Ω·m C．1×10－6 Ω·m D．1×10－8 Ω·m 答案：(1)0.398(0.397～0.399均可)　(3)见解析图　4.5(4.3～4.7均可)　(4)C 解析：(1)螺旋测微器的读数为0＋39.8×0.01 mm＝0.398 mm。 (3)先在坐标系上描点，然后描绘U-I图线，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＝ Ω≈4.5 Ω。 (4)根据Rx＝ρ可得金属丝的电阻率ρ＝＝＝ Ω·m≈1×10－6 Ω·m，故选项C正确。 二　拓展创新实验 (2025·浙江绍兴期中)某同学在做《自来水电阻率的测定》课题时，在一根均匀的长玻璃管两端各装了一个电极，其间充满待测的自来水，然后用如图甲所示电路进行测量。 该同学选用器材如下： 电压表(量程15 V，内阻约90 kΩ)、电流表(量程300 μA，内阻约50 Ω)、滑动变阻器(100 Ω，1 A)、电池组(电动势E＝12 V，内阻r＝6 Ω)、开关一个、导线若干。 实验中测量情况如下： 安装前他用图乙20分度的游标卡尺测玻璃管的内 学生用书↓第89页 径，测得玻璃管的内径为30.75 mm，用刻度尺测得两电极相距L＝0.314 m。实验中还测得包括0在内的9组电流I、电压U的值，在坐标纸上描点如图丙。 根据以上材料回答下面的问题： (1)测量玻璃管内径时，应将图乙游标卡尺中的A、B、C三部分中的 与玻璃管内壁接触。 (2)根据实验数据可知该同学测得水柱的电阻R＝ Ω。(结果保留2位有效数字) (3)根据测得水柱的电阻值可知实验中电路设计的不妥之处是 ，请在下面的虚线框中画出改进后的电路图。(电路图中用Rx表示自来水的电阻) 答案：(1)A　(2)1.0×105(9.8×104～1.2×105均可)　(3)电流表应该采用内接(或电流表不应该采用外接)　见解析图(b) 解析：(1)测量玻璃管内径时应该用内测量爪，即A部分。 (2)在题图丙中作出U-I图像如图(a)所示，根据图像可知斜率等于电阻，即R＝＝1.0×105 Ω。 (3)根据测得水柱的电阻值可知水柱阻值较大，远远大于电流表的内阻，而与电压表内阻较为接近，因此电流表选择内接法更合适；改进后的电路图如图(b)所示。 学科网（北京）股份有限公司 $