10.4 实验十一：测量金属丝的电阻率 课件 -2027届高考物理一轮复习

该高中物理高考复习课件聚焦“测量金属丝的电阻率”实验专题，依据高考评价体系梳理了仪器读数、电路设计、数据运算、误差分析四大核心考点，通过命题分析明确读数（U、I、l、d）和电路选择占比超60%的高频考查方向，归纳出仪器读数规范、伏安法电路设计等常考题型，构建系统备考框架。 课件亮点在于“原型实验夯实基础+创新拓展提升能力”的复习策略，结合科学思维（图像法求电阻）和科学探究（实验误差分析）素养，如典例1通过U-I图像斜率计算电阻，对点演练分析温度对电阻率的影响，帮助学生掌握误差分析技巧。教师可依托真题演练和易错点警示，精准指导学生突破实验难点，高效提升高考得分率。

第49课时　实验十一:测量金属丝的电阻率 学习目标:1.熟悉“导体电阻率的测量”的基本原理、注意事项及误差分析。2.会适度创新变化。 1.实验原理(如图所示) 由R=ρ得ρ=,因此,只要测出金属丝的　　　　、　　　　和金属丝的电阻R,即可求出金属丝的电阻率ρ。  长度l 直径d 2.实验器材 被测金属丝,直流电源(4 V),电流表(0~0.6 A),电压表(0~3 V),滑动变阻器(0~50 Ω),开关,导线若干,　　　　 　,毫米刻度尺。  螺旋测微器 3.实验过程 (1)用螺旋测微器在被测金属丝上的三个不同位置各测一次直径,求出其平均值d。 (2)连接好用伏安法测电阻的实验电路。 (3)用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属丝的有效长度,反复测量多次,求出其平均值l。 (4)把滑动变阻器的滑片调到最　　　　(填“左”或“右”)端。  (5)闭合开关,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,填入记录表格内。 (6)将测得的R、l、d值,代入公式ρ=中,计算出金属丝的电阻率。 左 4.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。 5.误差分析 (1)金属丝直径、长度的测量、读数等人为因素带来误差。 (2)测量电路中电流表及电压表对电阻测量的影响,因为电流表外接,所以 R测<R真,由R=ρ,知ρ测<ρ真。 (3)通电电流过大、时间过长,致使金属丝发热,电阻率随之变化带来误差。 命题分析 1.考读数:U、I、l及d。 2.考电路:电路设计或选择、实物连线或改错,器材选择。 3.考运算:U-I图像求Rx、ρ。 4.考分析:对实验结果分析。 注意事项 1.电流表接法: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.长度测量:测量时应将金属丝拉直,反复测量多次,求其平均值。测金属丝直径一定要选三个不同部位进行测量,求其平均值。 3.测量时间:在用伏安法测电阻时,通过被测金属丝的电流不宜过大(电流表用0~0.6 A量程),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。 4.描点:若采用图像法求电阻阻值的平均值,在描点时,要尽量使各点间的距离拉大一些,连线要尽可能地通过较多的点,不在直线上的点均匀分布在直线的两侧,个别明显偏离较远的点应舍去。 考点一　教材原型实验 典例1　某同学测量一段粗细均匀金属丝的电阻率,器材如下:金属丝Rx,电源E(电动势3 V、内阻不计),电流表(量程0~0.6 A、内阻0.5 Ω),电压表(量程0~3 V、内阻约3 kΩ),滑动变阻器R(最大阻值15 Ω),毫米刻度尺,开关S及导线若干。实验步骤如下: (1)首先用毫米刻度尺测出接入电路中金属丝的长度l=50.00 cm,再用螺旋测微器测金属丝直径,示数如图所示,金属丝直径的测量值d=　 　mm。 0.49 (2)为减小误差,应选用图乙中的　　　　(选填“a”或“b”)连接线路。  a (3)实验过程中,改变滑动变阻器的滑片位置,并记录两电表的读数,作出如图所示的U-I图像,可得金属丝的电阻R=　　 Ω,电阻率ρ=　 Ω·m (结果均保留两位有效数字)。  (4)电路保持闭合,若测量时间较长,会使电阻率的测量结果　　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。  3.9 1.6×10-6 偏大 解析 (1)用螺旋测微器测金属丝直径,示数如图甲所示,金属丝直径的测量值d=0.5 mm+0.0×0.01 mm=0.500 mm。 (2)由于电源内阻不计,而电压表的内阻未知,电流表的内阻已知,为减小误差,应选用乙图中的“a”连接线路; (3)根据图a,可得U=I(Rx+RA),作出如图丙所示的U-I图像,可得直线斜率为k= Ω=4.5 Ω=RA+Rx,可得金属丝的电阻Rx=4.0 Ω,根据电阻定律可得,电阻率ρ= Ω·m≈1.6×10-6 Ω·m; (4)电路保持闭合,若测量时间较长,金属丝发热,温度升高,会使金属丝的电阻率增大,所以测量结果将偏大。 对点演练1　某同学想测量一段电阻率较大的粗细均匀的电阻丝AB的电阻率ρ。 甲 乙 (1)实验过程: ①先用螺旋测微器测电阻丝的直径(如图甲),其示数为d=　　　　mm。  ②除待测电阻丝外,还备有题给实验器材,滑动变阻器应选　　　　(填写器材前对应的序号字母)。根据该同学的测量,在图乙中补充完整实物连线。 A.电压表V(量程0~6 V,内阻约为6 kΩ) B.电流表A(量程0~0.6 A,内阻未知) C.滑动变阻器R1(0~20 Ω) D.滑动变阻器R2(0~200 Ω) E.电动势为6 V的电源 F.开关S,导线若干 0.400 C ③导电夹P与电阻丝之间的接触电阻忽略不计,闭合开关调节P的位置,将AP长度x和对应的电压U、电流I的数据记录如下表,请你根据表中数据在图丙上描点连线作R和x关系图线。 x/m 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 U/V 4.36 4.20 4.00 3.88 3.44 2.96 I/A 0.27 0.30 0.33 0.38 0.43 0.49 R=/Ω 16.15 14.00 12.12 10.21 8.00 6.04 (2)根据测得的直径,利用图丙图线,可求得金属丝的电阻率ρ为 　 　　Ω·m(结果保留两位有效数字);图丙中图线截距的物理意义是 　　　　　 　　。  丙 2.5×10-6 电流表的内阻为4.0 Ω (3)下列关于该实验误差的说法正确的有　　　　。  A.实际实验时,导电夹P与电阻丝之间有一确定的接触电阻,但不影响电阻率的测量 B.电流表分压作用,使电阻率的测量值偏大 C.电压表分流作用,使电阻率的测量值偏小 D.电阻丝长时间通电,发热使电阻率的测量值偏大 AD 解析 (1)①由螺旋测微器读数规则可知d=0+0.01 mm×40.0=0.400 mm。②由表中数据可知:实验中的电阻调节范围大约为10~30 Ω,所以滑动变阻器选择C,采用限流式接法,如图所示。 ③如图所示。 (2)由电阻定律可知R==ρ+RA,由图像可知斜率为k==20, 由ρ=kS=πd2k=2.5×10-6 Ω·m,截距为电流表内阻4.0 Ω。 (3)若导电夹P与电阻丝之间有接触电阻,则图像截距为电流表内阻与接触电阻之和,不影响图像斜率,A项正确,同理可知,电流表分压作用也不影响电阻率的测量,B项错误;电流表测量的是电阻丝的实际电流,所以电压表分流不影响电阻的测量,也不影响电阻率的测量,C项错误;电阻丝长时间通电发热,温度升高,电阻率变大,D项正确。 对点演练2　某同学在实验室测量一根导电绳的电阻率,如图甲所示,金属夹A与导电绳一端连接,移动金属夹B改变导电绳接入电路的长度,电路如图乙所示。 甲 乙 (1)实验中需要用螺旋测微器测量导电绳的直径,某次测量示数如图丙所示,则导电绳的直径D=　　　　 mm。  丙 1.415/1.416/1.417 (2)实验中先闭合开关S1、S2,调节滑动变阻器R,使电压表和电流表的指针偏转到合适的位置,记录两表的示数U0和I0。然后断开开关S2,将滑动变阻器R的滑片向　　　　(选填“左”或“右”)移动,使电压表的示数仍为U0,记下 此时电流表的示数I,则此时导电绳的电阻Rx=　　　　(用U0、I0和I表示)。 并记录此时金属夹A、B间的距离L。  右 (3)多次移动金属夹B的位置,重复上面的实验,利用获得的多组数据绘制的-L图像如图丁所示,其倾斜直线的斜率为k,则导电绳的电阻率ρ= 　　　　(用U0、k和D表示)。  丁 (4)若考虑电流表的内阻,用(3)中方法所测得导电绳的电阻率　　　　(选填“偏大”“不变”或“偏小”)。  不变 考点二　拓展创新实验 实验器材 的创新   1.测量横截面为空心的等边三角形形状导体的电阻率; 2.采用双电流表法测电阻 实验原理 的创新 根据=Rx+RA+R0,将电压表改接在 a、b两端有=RA+R0, 得出Rx= 数据处理 的创新 作出-x的关系图像,再根据图像斜率的物理意义确定金属的电阻率大小 典例2　某兴趣小组的同学测量一根长直金属丝的电阻率。按图甲所示的电路测出该金属丝的电阻Rx;先将电阻箱R0阻值调到最大,粗调R2,使灵敏电流计G(零刻度在中央)读数为零,再边减小R0,边细调R1,直到R0为零时电流计G读数也为零,读出电压表和电流表的示数,即可得到金属丝接入电路的电阻。 甲 (1)用螺旋测微器在金属丝上三个不同位置分别测量金属丝的直径,然后求出直径的平均值d、某次测量时,螺旋测微器示数如图所示,该示数为 　　　　mm。  2.050 (2)根据图甲的电路,请用笔画线代替导线,将下图中的实物电路连接完整。 (3)按图甲连接好电路后,正确操作顺序是　　 　　。  ①闭合开关S ②将滑动变阻器R1、R2的滑片置于其中央附近 ③读出电压表的示数U和电流表的示数I ④调节R1和R0,使电流计的示数为零 ⑤调节R2,使电流计的示数为零 (4)测出待测金属丝接入电路部分的长度L,金属丝的电阻率ρ=　　　　(用L、d、U、I表示)。  (5)由于电流表和电压表并非理想电表,你认为这对电阻率的测量值有无影响,并简要说明理由   　。  ②①⑤④③ 无影响,因为电压表和电流表的示数均为电阻丝的电压和电流的真实值 对点演练3　某小组同学为探究一段粗细均匀的金属丝电阻与其接入电路长度的关系并测量该金属丝电阻率,进行了如下实验。 (1)为确定合适的电表量程,该小组同学首先用多用电表的欧姆挡粗测该金属丝最大电阻值。他们先选择欧姆挡×10挡位进行测量,发现指针指在图甲所示位置。为能相对准确测量该电阻,应将选择开关旋转至欧姆挡 　　　　(选填“×1”或“×100”)位置。  ×1 (2)金属丝直径的测量利用螺旋测微器测定金属丝直径结果如图乙所示,则金属丝的测量直径为D=　　　 　mm。 0.595或0.594、0.596 (3)金属丝接入电路长度L及其电阻Rx的测量 ①把金属丝的两端分别固定,用带有金属夹A、B的导线接入如图丁所示的电路中; ②调整好两金属夹位置后用刻度尺测量并记录A、B间的距离,即为导金属丝接入电路的长度L; ③将滑动变阻器R的滑片滑到最右端,断开开关S2,闭合开关S1,调节R,使电压表和电流表的指针偏转到合适位置。记录两表的示数U和I1; ④闭合S2,调节R使电压表的示数仍为U,记录电流表的示数I2,则此时金属 丝的电阻Rx=　　　　(用I1、I2和U表示);  ⑤断开S1,改变金属夹的位置,测量并记录A、B间的距离,重复步骤③和④。 (4)用上述测得的数据作出R-L图像如图戊所示,取图像上两个点间数据之 差ΔL和ΔR,则金属丝的电阻率ρ=　　　　(用字母D、ΔL、ΔR表示)。  (5)若考虑电表内阻的影响,金属丝电阻的测量值与真实值的关系是R测 　 (选填“>”“=”或“<”)R真。   = $