2027届高三物理一轮复习课件：11.3 实验2 金属丝电阻率的测量

该高中物理高考复习课件聚焦“导体电阻率的测量”实验，依据高考评价体系梳理伏安法测电阻、仪器选择、数据处理等核心考查维度，通过真题分析明确仪器读数、U-I图像斜率求电阻等高频考点，归纳实验步骤排序、误差分析等常考题型。 课件亮点在于“真题情境+素养导向”的备考设计，如结合2023辽宁高考题，通过螺旋测微器读数（0.680mm示例）、U-I图像法求电阻（例2中4.4Ω）培养科学思维与科学探究素养，帮助学生掌握实验题得分技巧，教师可据此精准规划复习，提升备考效率。

实验2　金属丝电阻率的测量 第3节 实验:导体电阻率的测量 第十一章 电路及其应用 1 任务1 实验原理与思路 2 3 4 伏安 Rx 电阻 毫米刻度尺 5 6 0.680(0.678~0.682均可) 7 C A 2.16 0.44 4.91 8 9 任务2 物理量的测量与数据分析 10 11 12 分压 限流 分压 接入电路 螺旋测微器 13 0.395(0.394~0.396均可) 14 15 4.4(4.3~4.5均可) C 16 17 归纳总结 18 19 20 21 13.7 R 22 通电过程中水温升高导致的测量偏差等 23 24 A 25 0.626(0.624~0.628均可) 26 27 28 乙 6.5 × 10-5 29 30 31 电阻率是导体的重要电学参量,但它不像电流、电压那样可直接用电表测出。那么怎样测量导体的电阻率呢? 1.测量金属丝电阻率的实验原理是什么? 2.需要哪些实验器材? 解答 用电压表测金属丝两端的电压,用电流表测通过金属丝的电流,根据Rx=计算金属丝的电阻Rx;然后用毫米刻度尺测量金属丝的有效长度l,用螺旋测微器或游标卡尺测量金属丝的直径d,计算出金属丝的横截面积S;根据电阻Rx=ρ,得出计算金属丝电阻率的公式ρ==。 解答 被测金属丝、刻度尺、螺旋测微器、电压表、电流表、直流电源、开关、滑动变阻器和导线若干。 解答 原理电路图 操作要领 (1)测量直径:三个不同位置各测一次直径 (2)电路连接:连接好伏安法测电阻的实验电路 (3)测量长度:测金属导线的有效长度3次 (4)U、I测量:改变滑动变阻器滑片的位置,读出几组相应电流表、电压表的示数 (5)把金属丝的直径d、长度l和电阻R的平均值代入公式ρ=,计算出金属丝的电阻率ρ 3.小组讨论,交流总结本实验的实验步骤。 1.测电阻的基本方法 根据R=可知,利用电压表、电流表分别测出电阻两端的电压、通过电阻的电流,即可计算出导体的电阻值,这种测量电阻的方法被称为　 　法。  2. 测量金属丝电阻率的基本原理 根据ρ=　 　=可知,用伏安法测出　 　,用　 　测出导体长度,用螺旋测微器测出金属丝直径,即可求出金属丝电阻率。  问题讨论 (1)连接电路时,开关应闭合还是断开? (2)电表如何选择? (3)滑动变阻器如何选择? 提示 (1)连接电路时开关应断开。 (2)保证流过电流表的电流和加在电压表上的电压均不超过使用量程,然后合理选择量程,务必使指针有较大偏转(一般要大于满偏度的三分之一),以减小测读误差。 (3)根据电路中可能出现的电流或电压范围选择滑动变阻器,注意流过滑动变阻器的电流不超过它的额定值。 应用　实验器材的选择与电表的读数 在“测定金属的电阻率”的实验中:用螺旋测微器测量金属丝直径的刻度位置如图1所示,用米尺测出金属丝的长度,金属丝的电阻大约为5 Ω,先用伏安法测出金属丝的电阻R,然后根据电阻定律计算出该金属材料的电阻率。 (1)从图中读出金属丝的直径为　 　mm。  (2)实验室有两节新干电池、开关、若干导线及下列器材: A.电压表0~3 V,内阻为10 kΩ B.电压表0~15 V,内阻为50 kΩ C.电流表0~0.6 A,内阻为0.05 Ω D.电流表0~3 A,内阻为0.01 Ω E.滑动变阻器,0~10 Ω F.滑动变阻器,0~100 Ω ①要求较准确地测出其阻值,电压表应选　 　,电流表应选　 　(均选填器材前面的序号)。  ②根据①中所选量程,某次实验两电表的示数如图2所示,则示数分别为　 　V和 　 　A,金属丝的电阻为　 　Ω(计算结果保留3位有效数字)。  解析 (1)由图1可知,其读数为0.5 mm+18.0×0.01 mm=0.680 mm。 (2)①两节新的干电池,电源电压约为3 V,若选取量程为15 V的电压表,测量读数误差较大,因此电压表选A;金属丝的电阻大约为5 Ω,电路中最大电流约为0.6 A,电流表应选C。 ②电压表量程为3 V,故其示数为2.16 V;电流表量程为0.6 A,故其示数为0.44 A,金属丝的电阻为 Ω≈4.91 Ω。 由上面分析可知,本实验需要测量金属丝的电阻R、长度l和直径d三个物理量。阅读课本“物理量的测量”部分的内容,回答下列问题。 1.为了减小误差,应该用伏安法多次测量电阻R取平均值。经常采用的电路有下面两种,通常称图1电路为“分压接法”,图2电路为“限流接法”,移动滑动变阻器的滑片,都能改变待测电阻R两端的电压。两种接法有什么区别? 解答 在图1中,滑片滑到最左端时,电阻R两端的电压 为零,当滑片滑到最右端时,电阻R两端的电压等于电 源两极间电压;在图2中,滑片滑到最左端时,电阻R两端的电压最小,但不为零,当滑片滑到最右端时,电阻R两端的电压也等于电源两极间的电压。可见,采用图1中的“分压接法”可以使电阻R两端的电压从零开始变化,变化范围更大。 2.用什么器材测量电阻丝的长度l?测量时要注意什么? 3.金属丝的直径d比较小,可以用什么方法测量? 解答 应该用毫米刻度尺来测量金属丝长度l。测量时应该注意,测量的不是金属丝实际的总长度,而是接入电路部分的长度,要接好金属丝后再测量,可以测量多次,取平均值作为有效长度。 解答 可以采用累积法进行测量,也可以使用游标卡尺或者螺旋测微器来精确测量。 1.伏安法测金属丝的电阻R:电路有两种连接方法,一种叫作　 　接法,另一种叫作 　 　接法,其中　 　接法可以使待测电阻两端的电压从零开始变化。测量电阻时可以通过多次测量取平均值,也可以根据多次测量画出U-I图像,把U-I图线的斜率作为电阻值。  2.测量金属丝的长度l:用毫米刻度尺测量　 　部分的有效长度,多次测量求平均值。  3.测量金属丝的直径d:(1)采用累积法进行测量;(2)选择游标卡尺或者　 　直接测量,直接测量时应该选择不同位置多次测量,取平均值。  应用1　数据处理和误差分析 在“测定金属丝的电阻率”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1所示,其读数为 　 　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。实验所用器材有: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(图2)正确连接好实验器材,进行实验测量,记录数据如下表所示。 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3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(保留2位有效数字)。  (4)根据以上数据可以估算出金属丝电阻率约为　 　。(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 解析 (1)螺旋测微器的读数为0+39.5×0.01 mm=0.395 mm。 (3)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,因此金属丝的阻值Rx= Ω≈4.4 Ω。 (4)根据Rx=ρ得金属丝的电阻率ρ=== Ω·m≈1.08×10-6 Ω·m,C项正确。 1.伏安法测电阻数据处理 在求Rx的平均值时可用两种方法 (1)用Rx=分别算出每次的数值,再取平均值。 (2)用U-I图线的斜率求出。 2.误差分析 (1)金属丝直径、长度的测量带来偶然误差。 (2)电流表外接法,R测<R真导致ρ测<ρ真(系统误差)。 (3)通电时间过长,电流过大,都会导致电阻率发生变化(系统误差)。 3.注意事项 (1)为了方便,应在金属导线连入电路前测导线直径,为了准确,应测量拉直悬空的连入电路的导线的有效长度,且各测量三次,取平均值。 (2)测量电路应选用电流表外接法,且测电阻时,电流不宜过大,通电时间不宜太长,因为电阻率随温度改变而改变。 (3)为准确求出R的平均值,应多测几组U、I数值,然后采用U-I图像法求出电阻。 应用2　创新实验 创新角度1:实验目的的创新 依据电阻定律测量某导线的长度,或中空管的横截面积,或判断材料(产品)的合格性 创新角度2:数据处理方法的创新 常常借助图像法处理实验数据 用图1所示电路测量常温下纯净水的电阻率,其中内径均匀的圆柱形玻璃管侧壁连接一细管,细管上加有阀门K以控制管内纯净水的水量,玻璃管两端接有导电活塞,右侧活塞固定,左侧活塞可自由移动,实验过程如下: (1)按图1连接电路,电源为理想电源,输出电压不变;R为电阻箱,R1、R2为两个阻值相同的定值电阻,、为两个量程相同的理想电压表。 (2)不同水柱长度L及其电阻R的测量。 ①用10分度游标卡尺测量玻璃管的内径d,示数如图2所示,则d=　 　mm。  ②向玻璃管内注满纯净水,并用刻度尺测量水柱长度L。 ③把S拨到1位置,记录电压表示数。 ④把S拨到2位置,调整电阻箱阻值,使电压表示数与电压表示数相同,记录电阻箱的阻值R,则此时玻璃管内水柱的电阻Rx=　 　。  ⑤根据测量数据,可得纯净水的电阻率ρ= 　 。(用Rx、d、L表示)  ⑥改变玻璃管内水柱长度,重复实验,记录每一次水柱长度L和电阻箱阻值R。 ⑦断开S,整理好器材。 (3)在实验中,导致水柱的电阻Rx的测量值与实际值有偏差的原因是 　 　(写出一种原因即可)。  本实验的创新之处有两点: (1)实验测量的是纯净水的电阻率,实验目的和实验装置进行了创新。 (2)实验通过两个电压表采用等效替代法测量水柱的电阻。 解析 (2)①10分度游标卡尺的精确度为0.1 mm,由题图2可知玻璃管的内径d=13 mm +7×0.1 mm=13.7 mm。 ④电源输出电压不变,把S拨到1位置和拨到2位置,电压表示数与电压表示数相同,记录电阻箱的阻值R, 由于R1、R2为两个阻值相同的定值电阻,则此时玻璃管内水柱的电阻Rx=R。 ⑤根据电阻定律可得Rx=ρ,又S=,联立可得纯净水的电阻率ρ=。 (3)在实验中,导致水柱的电阻Rx的测量值与实际值有偏差的原因:导线和导电活塞有电阻,两电压表读数的偶然误差,电阻箱精确度导致的测量偏差,通电过程中水温升高导致的测量偏差等。 1.(任务1、2) 某实验小组想测量某捆漆包金属丝的长度,实验器材包括捆装漆包金属丝、电压表、电流表、滑动变阻器、干电池组、导线若干。进行了下列实验操作: (1)如图1所示,P、Q、M分别代表螺旋测微器的3个部件,首先用螺旋测微器测量金属丝的直径d。先将金属丝轻轻地夹在测砧与测微螺杆之间,先旋动　　　 　,等测微螺杆靠近金属丝时再旋动　　　 　,直到听见“喀喀”的声音,再扳动　　　 　锁定,最后读数。正确的选项是　 　。  A.P、Q、M　　　　 B.Q、M、P　　　　 C.M、P、Q (2)螺旋测微器示数如图2所示,则其读数为　 　mm。  (3)该小组测出整捆金属丝阻值为R后,查得其电阻率为ρ ,则该捆金属丝的长度为   　(用含R、d、ρ 的表达式表示)。  解析 (1)用螺旋测微器测量金属丝的直径d ,先将金属丝轻轻地夹在测砧与测微螺杆之间,先旋动P,等测微螺杆靠近金属丝时再旋动Q,直到听见“喀喀”的声音,再扳动M锁定,最后读数,故选A。 (2)螺旋测微器的精度为0.01 mm且要估读,由图2可知读数为0.5 mm+12.6× 0.01 mm=0.626 mm。 (3)根据电阻定律可得R=ρ,又S=,联立解得l==。 2.(任务1、2)(2023·辽宁高考)导电漆是将金属粉末添加于特定树脂原料中制作而成的能导电的喷涂油漆。现有一根用导电漆制成的截面为正方形的细长样品(固态),某同学欲测量其电阻率,设计了如图1所示的电路图,实验步骤如下: a.测得样品截面的边长a=0.20 cm; b.将平行排列的四根金属探针甲、乙、丙、丁与样品接触,其中甲、乙、丁位置固定,丙可在乙、丁间左右移动; c.将丙调节至某位置,测量丙和某探针之间的距离L; d.闭合开关S,调节电阻箱R的阻值,使电流表示数I=0.40 A,读出相应的电压表示数U,断开开关S; e.改变丙的位置,重复步骤c、d,测量多组L和U,作出U-L图像如图2所示,得到直线的斜率k。 回答下列问题: (1)L是丙到　 　(选填“甲”“乙”或“丁”)的距离。  (2)写出电阻率的表达式ρ =  　(用k、a、I表示)。  (3)根据图像计算出该样品的电阻率ρ=　 　Ω·m。(保留2位有效数字)  解析 (1)由于电压表测量的是乙、丙之间的电压,则L是丙到乙的距离。 (2)根据电阻定律有R=ρ,又R=,k=,可得ρ=。 (3)根据图2可知k==6.5 V/m,代入数据有ρ=6.5×1 Ω∙m。 $