第3章 第6节 科学测量：金属丝的电阻率（课件PPT）-【新课程学案】2025-2026学年高中物理必修第三册（鲁科版）

该高中物理课件聚焦“科学测量：金属丝的电阻率”实验，涵盖实验原理、器材装置、操作过程、误差分析及考法训练，从电阻定律出发，连接伏安法内外接选择，搭建从理论到实践的学习支架，帮助学生构建完整实验认知体系。 其亮点在于以经典探究为核心，融合基础操作与创新考法，如设计铅笔芯、导电胶等测量情境，结合高考真题培养科学探究能力。通过R-L图像斜率计算电阻率，强化科学思维中的模型建构，设置误差分析反思环节深化物理观念，助力学生提升实验技能与迁移能力，为教师提供系统教学资源与多样化评价工具。

科学测量：金属丝的电阻率 (实验课——基于经典科学探究) 第 6 节 实验准备——原理、器材和装置 实验操作——过程、细节和反思 01 02 CONTENTS 目录 实验考法——基础、变通和创新 03 训练评价——巩固、迁移和发展 04 实验准备——原理、器材和装置 一、实验装置 器材：电源、待测金属丝、电流表、电压表、滑动变阻器、开关、导线若干。 二、实验原理 根据电阻公式R=ρ，可得ρ=R。用伏安法测量金属丝的电阻，由于金属丝电阻通常较小(长度有限)，一般选用外接法(如图所示)。用螺旋测微器测量金属丝的直径，用刻度尺测出金属丝的长度。根据电阻公式，计算出金属丝的电阻率。 三、电流表外接法与内接法的比较 电流 表外 接法 (1)误差分析：R测==<=R真 (2)适用条件：Rx≪RV 电流 表内 接法 (1)误差分析：R测==>=R真 (2)适用条件：Rx≫RA 实验操作——过程、细节和反思 一、实验步骤 1.测直径：用螺旋测微器多次测量金属丝的直径d，并记录。 2.测长度：将金属丝两端固定在接线柱上，使其拉直，用刻度尺多次测量接入电路部分的金属丝的长度l(即有效长度)，并记录。 3.连器材：依照如图所示的电路图连接电路，并将滑动变阻器的滑片置于阻值最大端。 4.测数据：电路经检查无误后，闭合开关S，改变滑片位置，测出若干组电流、电压值，填入表格内，断开开关S。 5.整理器材：整理好实验器材，实验结束。 二、数据处理 1.测量金属丝的长度和直径，填写表格，计算出金属丝的长度l和直径d的平均值。 测量次数 1 2 3 平均值 金属丝长度l/m         金属丝直径d/m         金属丝的横截面积S=π=。 2.把记录的I、U值，填入表格，计算出金属丝的电阻值R。 测量次数 1 2 3 电阻平均值 电压U/V         电流I/A       电阻R/Ω       代入电阻率计算公式ρ==中，计算出金属丝的电阻率。 三、误差分析 1.直径和长度的测量造成偶然误差，应采取多次测量取平均值的方法减小误差。 2.电压表、电流表读数造成偶然误差，读数时视线垂直于表盘可减小误差。 3.测量电路中电压表、电流表的接法对金属丝电阻测量造成系统误差。由于电路采用电流表外接法，造成电阻的测量值偏小。 4.通过电流过大，时间过长，使金属丝发热导致电阻率变大而引起误差。 1.本实验中，金属丝的长度用刻度尺测量，而直径用螺旋测微器测量，这样做的依据是什么? 2.通常情况下，测量金属丝的电阻采用电流表外接法，这样做的道理是什么? 关键点反思 提示：两种测量工具的量程和精度不同。 提示：金属丝的电阻很小，比电压表的内阻小很多，采用电流表外接法测量误差较小。 3.在测量金属丝的电阻时，流过金属丝的电流不宜过大，通电时间也不宜过长，为什么需要这样操作呢? 提示：以免金属丝温度明显升高，使电阻率在实验过程中逐渐变大。 实验考法——基础、变通和创新 考法(一)　实验基本操作 [例1]　现在要测量一段电阻丝的电阻率ρ，其阻值Rx约为0.5 Ω，允许通过的最大电流为0.5 A。现有如下器材可供选择： 电流表A(量程0~0.6 A，内阻约为0.6 Ω) 电压表V(量程0~3 V，内阻约为3 kΩ) 待测电阻丝Rx(阻值约为0.5 Ω) 标准电阻R0(阻值为5 Ω) 滑动变阻器R1(0~5 Ω，2 A) 滑动变阻器R2(0~200 Ω，1.5 A) 直流电源E(电动势为6 V，内阻不计) 开关S、导线若干 (1)如图为四位同学分别设计的测量电路的一部分，你认为合理的是____。  C [解析]　(1)电阻Rx两端的最大电压约为U=IRx=0.25 V，约为电压表量程的，需要在待测电阻Rx两端串联分压电阻，即串联标准电阻R0，此时R0+Rx< ，电流表采用外接法，选项C正确。 (2)实验中滑动变阻器应该选择_____ (选填“R1”或“R2”)，并采用_______接法。  [解析] (2)若采用限流接法，选择R1时，电路中电流最小值约为0.5 A；选择R2时，调控范围小，操作不便；而电源内阻不计，不用考虑大电流时电源电动势的变化，因而采用分压接法，为了便于调节，选总阻值较小的R1。 R1 分压 (3)根据你在(1)(2)中的选择，在图甲上完成实验电路的连接。 [答案] (3)见解析图 [解析] (3)实物连线如图所示。 (4)实验中，如果两电表的读数分别为U和I，测得拉直后电阻丝的长度为L、直径为D，则待测电阻丝的电阻率ρ的计算式为ρ=_____________。  [解析] (4)待测电阻Rx=-R0 由电阻定律有Rx== 联立解得ρ=。 (5)用螺旋测微器测量待测电阻丝的直径时读数如图乙所示，则该电阻丝的直径D=_____________________mm。  1.205(1.203~1.207均可) [解析] (5)螺旋测微器的读数为1 mm+0.01×20.5 mm=1.205 mm。 [微点拨] 滑动变阻器的限流式和分压式接法的比较 项目 限流式 分压式 电路组成 滑动变阻器接入电路的特点 采用“一上一下”的接法 采用“一上两下”的接法 续表 调压范围 ~E 0~E 适用情况 负载电阻的阻值Rx与滑动变阻器的总电阻R相差不多，或R稍大，且电压、电流变化不要求从零调起 (1)要求负载上电压或电流变化范围较大，且从零开始连续可调 (2)负载电阻的阻值Rx远大于滑动变阻器的总电阻R 考法(二)　数据处理和误差分析 [例2]　在“测定金属丝的电阻率”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。  [答案]　(1)24.15(24.13~24.17均可)　 0.520　 [解析]　(1)刻度尺的最小分度值是1 mm，故金属丝的测量长度为24.15 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0.520 mm。 (2)采用如图丙所示的电路测量金属丝AB的电阻，调节滑动变阻器，若其中一次两电表读数分别如图中丁、戊所示，则金属丝AB电阻的测量值大小为___________________Ω(结果保留一位小数)，根据所连接的电路可知，该电阻的测量值比真实值_______(选填“偏大”或“偏小”)。  13.6(13.5~13.7均可) 偏小 [解析]　(2)从电路实物图可知，电压表量程为0~3 V，其读数为2.17 V，电流表量程为0~0.6 A，其读数为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)根据以上测量值，求出电阻率ρ=_________Ω·m。(结果保留两位有效数字)  1.2×10-5 [解析]　(3)由R=ρ，R=，S=πd2，可得 ρ=≈1.2×10-5 Ω·m。 [微点拨] (1)用毫米刻度尺测量长度，需要进行估测，可以通过多次测量求平均值的方法减小误差。 (2)分析实验设计的电路，电流表采用外接法，电流表的测量值大于真实值，电阻的测量值偏小。 (3)计算实验结果时要注意有效数字的要求。 考法(三)　源于经典实验的创新考查 [例3]　(2024·山东高考)某学习小组对两种型号铅笔芯的电阻率进行测量。实验器材如下： 学生电源(输出电压0~16 V) 滑动变阻器(最大阻值10 Ω，额定电流2 A)； 电压表V(量程3 V，内阻未知)； 电流表A(量程3 A，内阻未知)； 待测铅笔芯R(X型号、Y型号)； 游标卡尺，螺旋测微器，开关S，单刀双掷开关K，导线若干。 回答以下问题： (1)使用螺旋测微器测量铅笔芯直径，某次测量结果如图甲所示，该读数为______mm；  2.450 [解析]　(1)根据螺旋测微器的读数规则可知，其读数为d=2 mm+45.0×0.01 mm=2.450 mm。 (2)把待测铅笔芯接入图乙所示电路，闭合开关S后，将滑动变阻器滑片由最右端向左调节到合适位置，将单刀双掷开关K分别掷到1、2端，观察到电压表示数变化比电流表示数变化更明显，则测量铅笔芯电阻时应将K掷到____(填“1”或“2”)端；  1 [解析]　(2)由于电压表示数变化更明显，说明电流表分压较多，因此电流表应采用外接法，即测量铅笔芯电阻时应将K掷到1端。 (3)正确连接电路，得到Y型号铅笔芯I-U图像如图丙所示，求得电阻RY=_________________Ω(保留3位有效数字)；采用同样方法得到X型号铅笔芯的电阻为1.70 Ω；  1.92(1.90~1.94均可) [解析]　(3)根据题图丙的I-U图像，结合欧姆定律有RY= Ω≈1.92 Ω。 (4)使用游标卡尺测得X、Y型号铅笔芯的长度分别为40.68 mm、60.78 mm，使用螺旋测微器测得X、Y型号铅笔芯直径近似相等，则X型号铅笔芯的电阻率______ (填“大于”或“小于”)Y型号铅笔芯的电阻率。  大于 [解析]　(4)根据电阻定律R=ρ，可得ρ= 两种材料的横截面积近似相等，分别代入数据可知ρX>ρY。 [创新分析] (1)测量铅笔芯的电阻率。 (2)用伏安法测量铅笔芯的电阻。 [例4]　某中学的探究小组为了测量电阻丝的电阻率，拿来一根粗细均匀的电阻丝，完成了如下的操作： (1)用游标卡尺测得电阻丝的直径如图1所示，其读数为d=______cm；  0.285 [解析]　(1)由20分度游标卡尺读数方法可得该电阻丝直径d=2 mm+17×0.05 mm=2.85 mm=0.285 cm。 (2)将电阻丝接入如图2所示的电路，用刻度尺测量出接入电路的电阻丝长度； (3)闭合开关，读出电压表以及电流表的示数，由R=求出相对应的电阻丝的阻值； (4)改变电阻丝的长度，重复操作(2)、(3)步骤4次； (5)将5次测量的数据记录在下表。 实验次数 1 2 3 4 5 L/m 0.160 0.220 0.300 0.440 0.560 R/Ω 1.20 1.62 2.20 3.20 4.11 根据表中的数据作出电阻与电阻丝长度的关系图像，然后利用所学的知识求出该电阻丝的电阻率ρ=______ Ω·m。  [答案]　(5)见解析图 4.64×10-5 [解析] (5)作出的R-L图像如图所示： 在图中根据直线斜率的定义可得：k= 又由R=ρ可得：k=① 由①式可得电阻丝的电阻率为ρ=kS② 可见只要求出直线的斜率k和电阻丝的横截面积S，便可求得电阻丝的电阻率，因此在图像上取两个距离较远的点，如(0.100 m，0.780 Ω)和(0.460 m，3.400 Ω)，代入直线的斜率公式可得： k==≈7.28 将k≈7.28代入②式可得： ρ=kS≈7.28×3.14×Ω·m≈4.64×10-5 Ω·m。 [创新分析] 利用金属丝的R-L图线分析实验数据，得出金属丝的电阻率大小。 训练评价——巩固、迁移和发展 1.在“导体电阻率的测量”实验中， (1)根据如图1所示的电路图，实物连线图(图2)中的导线a端应与___ (选填“b”“c”或“d”)接线柱连接；  c 解析： (1)根据电路图连接实物图，a端应该与c接线柱连接。 (2)下列操作正确的是____；  A.连接电路时，开关处于断开状态 B.闭合开关前，滑动变阻器滑片调到最右端 C.完成电流表和电压表读数后，及时断开开关 AC 解析： (2)为了电路的安全，连接电路时，开关应处于断开状态，A正确；闭合开关前，滑动变阻器的滑片应该调到最左端，使与滑动变阻器并联部分的电压最小，B错误；完成电流表和电压表读数后，及时断开开关，以免烧毁元件，C正确。 (3)某次实验中电压表的指针位置如图3所示，则读数为___V；  答案：(3)2.42(2.41~2.44均正确) 解析： (3)根据指针所指位置和电压表的读数方法，电压表读数为2.42 V。 (4)为了测量金属丝的电阻率，已测量了金属丝的直径d、流过金属丝的电流I及金属丝两端的电压U，还需要用____________ (选填“毫米刻度尺”“游标卡尺”或“螺旋测微器”)测量金属丝的长度l，则金属丝电阻率ρ=_____(用题中物理量的符号表示)。  毫米刻度尺 解析： (4)测量金属丝的长度使用毫米刻度尺， 由R=ρ，可得 ρ=，其中R=，S=，可得 ρ=。 2.在测量金属丝的电阻率实验中， (1)用螺旋测微器测金属丝的直径，读数如图，则该金属丝直径为____mm。  答案：(1)1.472(1.471~1.473均可) 解析： (1)金属丝直径为d=1 mm+47.2×0.01 mm=1.472 mm。 (2)为测量金属丝电阻，实验室提供了以下器材： 电源：E=6 V，内阻不计 电压表V：量程为3 V，内阻RV=3.0 kΩ 电流表A：量程为0.6 A，内阻RA=1.0 Ω 滑动变阻器R：最大阻值约15 Ω 开关，导线若干 该同学先采用下图A电路进行测量： ①该同学将滑动变阻器滑片滑到某一位置时，电压表示数为0.92 V，电流表示数为0.56 A。该同学认为电压表示数偏小，会对实验结果造成较大误差；于是又找到了两个电阻，分别是R1=6.0 kΩ，R2=0.5 Ω，该同学应该选择电路_____(填B或C)进行测量。  ②按正确电路图连接好电路，滑片滑到某一位置时，两表示数分别为2.70 V、0.52 A，则待测金属丝的阻值为_____ Ω(保留3位有效数字)。  C 1.73 解析：(2)①电流表示数接近量程，电压表示数偏小，说明电压表量程偏大或电流表量程偏小，则电流表需并联电阻改装为量程更大的电流表，通过调节滑动变阻器使电表示数合适。该同学应该选择电路C进行测量。 ②通过待测金属丝的电流为Ix=I+-≈1.56 A，待测金属丝的阻值为Rx=≈1.73 Ω。 3.导电胶具有粘合和导电功能，在医疗辅助中有广泛应用。某研究性学习小组为探究某种导电胶材料的电阻率，把导电胶装入玻璃管中，导电胶两端通过电阻不计的金属片与导线相连，如图甲所示。 (1)在装入导电胶之前，先用游标卡尺测量玻璃管的内径，如图乙所示，应该用游标卡尺的______(选填“A”“B”或“C”)进行测量，该玻璃管内径为______cm。  解析：(1)在装入导电胶之前，先用游标卡尺测量玻璃管的内径，应该用游标卡尺的B测量爪进行测量。该玻璃管内径为d=22 mm+5×0.1 mm=22.5 mm=2.25 cm。 B 2.25 (2)用多用电表粗略测得该导电胶电阻约为30 Ω，为精确测量其电阻，现有3.0 V的干电池组、开关和若干导线及以下器材： A.电压表0~3 V，内阻约为3 kΩ B.电流表0~2 mA，内阻Rg=50 Ω C.定值电阻1 Ω D.定值电阻10 Ω E.滑动变阻器0~10 Ω ①由于电流表量程偏小，需要对电流表进行合理改装，改装时应选____ (填器材前面的序号)作为分流电阻R0。  C 解析：(2)①估测电路可达到的最大电流为I==100 mA 应并联一个分流电阻，其阻值为R'= Ω≈1 Ω 故改装时应选C作为分流电阻R0。 ②将图丙中所示的器材符号连线，画出实验 电路原理图，要求电压和电流的测量范围尽可能 大。 答案：②见解析图 解析：②由于改装后的电流表内阻已知，直接与导电胶串联，电压表测量他们的总电压，由于滑动变阻器最大 阻值较小，应采用分压式接法，电路如图所示。 ③测出电压表读数U、电流表读数I、导电胶的直径d和两金属电极间的距离L，则该导电胶的电阻率ρ=____________。  解析：③设电流表两端电压为U'，导电胶两端电压为Ux，总电压U=Ux+U'=Ux+IRg 由欧姆定律知导电胶的电阻R==， 又由R=ρ，可得ρ=，S=πd2 联立可得：ρ=。 4.(2024·江西高考)某小组欲设计一种电热水器防触电装置，其原理是：当电热管漏电时，利用自来水自身的电阻，可使漏电电流降至人体安全电流以下。为此，需先测量水的电阻率，再进行合理设计。 (1)如图(a)所示，在绝缘长方体容器左右两 侧安装可移动的薄金属板电极，将自来水倒入 其中，测得水的截面宽d=0.07 m和高h=0.03 m。 (2)现有实验器材：电流表(量程300 μA，内阻RA =2 500 Ω)、电压表(量程3 V或15 V，内阻未知)、直流电源(3 V)、滑动变阻器、开关和导线。请在图(a)中画线完成电路实物连接。 答案：(2)见解析图　 解析：(2)由于电流表内阻已知，则电流 表的分压可以求出，故电流表采用内接法， 又电源电动势为3 V，则电压表应选择量程 3 V接入电路，电路连接如图所示。 (3)连接好电路，测量26 ℃的水在不同长度l时的电阻值Rx。将水温升到65 ℃，重复测量。绘出26 ℃和65 ℃水的Rx-l图线，分别如图(b)中甲、乙所示。 (4)若Rx-l图线的斜率为k，则水的电阻率表达式为ρ=______(用k、d、h表示)。实验结果表明，温度____ (填“高”或“低”)的水更容易导电。  kdh 解析：(4)根据电阻定律有Rx =ρ，又S=dh，联立得Rx=l，故Rx-l图像中图线的斜率k=，解得ρ=kdh。根据题图(b)可知，温度高的水的Rx-l图线(图线乙)斜率较小，则温度高的水的电阻率较小，更容易导电。 高 (5)测出电阻率后，拟将一段塑料水管安装于热水器出水口作为防触电装置。为保证出水量不变，选用内直径为8.0×10-3 m的水管。若人体的安全电流为1.0×10-3 A，热水器出水温度最高为65 ℃，忽略其他电阻的影响(相当于热水器220 V的工作电压直接加在水管两端)，则该水管的长度至少应设计为_____m。(保留两位有效数字)  0.46 解析：(5)根据欧姆定律和电阻定律有R==ρ，代入数据解得水管长度的最小值约为0.46 m。 本课结束 更多精彩内容请登录：www.zghkt.cn $