2.4 第2课时 测量金属的电阻率(课件PPT)-【学霸笔记·同步精讲】2026-2027学年高中物理必修第三册（教科版）

该高中物理课件聚焦“测量金属的电阻率”实验，围绕伏安法测电阻及电阻率计算展开，从电阻定律出发，通过实验目的、原理推导、器材选择和步骤操作搭建学习支架，衔接伏安法与电阻定律的应用。 其亮点在于以科学探究为主线，通过器材精准选择（如根据电源电压选电压表A）、数据处理（U-I图像斜率求电阻）和误差分析（电流表外接法系统误差）培养科学思维与科学态度，实验创新题（导电漆样品测量）结合图像斜率推导电阻率表达式，提升学生探究能力，教师可利用分层练习有效落实教学效果。

4.实验：测量金属的电阻率 第2课时　测量金属的电阻率 第二章　电路及其应用 1 目 录 CONTENTS 基础知识落实 必备技能培养 教学效果检测 2 基础知识落实 目 录 3 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。 目 录 物 理·必修第三册（JK） 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。电路原理如图所示。 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。 目 录 物 理·必修第三册（JK） 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. 直径测定 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＝。 目 录 物 理·必修第三册（JK） 2. 电路连接 按如图所示的原理图连接好用伏安法测电阻的实验电路。 3. 长度测量 用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属导线的有效长度，反复测量3 次，求出其平均值l。 目 录 物 理·必修第三册（JK） 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 变滑动变阻器滑动片的位置，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。 目 录 物 理·必修第三册（JK） 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＝R＝。 目 录 物 理·必修第三册（JK） 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，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。 目 录 物 理·必修第三册（JK） 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，是指待测金属丝接入电路的两个端点之间的长 度，亦即电压表两端点间的待测金属丝长度，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部位进行测量，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待测电阻被短路的 位置。 目 录 物 理·必修第三册（JK） 5. 在用伏安法测电阻时，通过待测金属丝的电流I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。 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可 以不予考虑。 目 录 物 理·必修第三册（JK） 必备技能培养 目 录 13 题型一　实验原理与操作 某物理学习小组的两位同学在采用“伏安法”测金属丝的电阻率实 验中，实验室备有下列实验器材： A. 电压表（量程0～3 V，内阻约为15 kΩ） B. 电压表（量程0～15 V，内阻约为75 kΩ） C. 电流表（量程0～3 A，内阻约为0.2 Ω） D. 电流表（量程0～0.6 A，内阻约为1 Ω） E. 滑动变阻器R1（0～100 Ω，0.6 A） F. 滑动变阻器R2（0～2 000 Ω，0.1 A） G. 电池组E（电压为3 V） H. 待测金属丝（阻值约为5 Ω） 目 录 物 理·必修第三册（JK） I. 开关S，导线若干，米尺，螺旋测微器等 （1）为减小实验误差，电压表应选用 ；电流表应选用 ；滑动 变阻器应选用 （填代号）。 解析： 由于电源的电动势为3 V，所以电压表应选A；被测电阻约为5 Ω，电路中的最大电流约为I＝＝0.6 A，电流表应选D；滑动变阻器若最 大阻值太大，不便于操作，所以变阻器应选E。 A　 D　 E　 目 录 物 理·必修第三册（JK） （2）甲乙两位同学分别画出了两个电路图，如图甲、乙所示。本实验选 用 （选填“甲”或“乙”）图比较合适。 解析： 由于＞，应采用电流表外接法，应选题图甲所示电路。 甲　 目 录 物 理·必修第三册（JK） （3）实验中用螺旋测微器测量金属丝的直径，使用时发现所用螺旋测微 器存在零误差。测微螺杆与测砧直接接触时读数如图丙所示，测量金属丝 直径时如图丁所示，则金属丝的直径d＝ mm。 解析： 由题图丙可知螺旋测微器的零误差为0.020 mm，题图丁读数 为0.5 mm＋0.01×3.0 mm＝0.530 mm，所以金属丝直径为0.510 mm。 0.510　 目 录 物 理·必修第三册（JK） （4）如果实验中测得金属丝的电阻值为R，用米尺测出的金属丝长度为l， 用螺旋测微器测出的金属丝的直径为d，则其电阻率ρ＝ ⁠。 解析： R＝ρ，S＝πd2，所以ρ＝。 　 目 录 物 理·必修第三册（JK） 题型二　实验数据处理与误差分析 在“测量金属丝的电阻率”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甲所 示，其读数应为 mm（该值接近多次测量 的平均值）。 0.397（0.395～0.399均可）　 解析： 由题图可知，螺旋测微器的读数为0＋39.7×0.01 mm＝0.397 mm。 目 录 物 理·必修第三册（JK） （2）用伏安法测金属丝的电阻Rx，实验所用器材为：电池组（电压为3 V）、电流表（内阻约为0.1 Ω）、电压表（内阻约为3 kΩ）、滑动变阻器 R（阻值为0～20 Ω，额定电流为2 A）、开关、导线若干。某小组同学利 用以上器材正确连接好电路后，进行实验测量，并记录数据如下： 次数 U/V I/A 1 0.10 0.020 2 0.30 0.060 3 0.70 0.160 4 1.00 0.220 5 1.50 0.340 6 1.70 0.460 7 2.30 0.520 目 录 物 理·必修第三册（JK） 由以上实验数据可知，他们测量Rx采用的是图中的 图（选填“乙” 或“丙”）。 乙　 解析：由表中实验数据可知，所测得的最小电压很小，接近于0，故滑动变阻器是选用分压式接法。因此实验采用的是图乙所示电路。 目 录 物 理·必修第三册（JK） （3）如图丁所示是测量Rx的实验器 材实物图，图中已连接了部分导线， 滑动变阻器的滑片P置于变阻器的一 端。请根据（2）中所选的电路图， 补充完整图丁中实物间的连线，要 求闭合开关的瞬间，电压表或电流表不至于被烧坏。 答案： 如图（a）所示　 解析：根据电路图连接实物电路图，实物电路图连接如答案图（a）所示。 目 录 物 理·必修第三册（JK） （4）该小组同学在坐标纸上建立U-I坐标系，如图戊所示，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）。 4.5（4.3～4.7均 可）　 答案：如图（b）所示 目 录 物 理·必修第三册（JK） 解析：连接坐标系内各测量数据的坐标点，作出U-I图线如答案图（b）所 示。由于第6次测量的数据描点偏差太大，故应舍去不用。图线的斜率为Rx 的阻值，由图线可知，Rx＝＝ Ω＝4.5 Ω。 目 录 物 理·必修第三册（JK） （5）根据以上数据可以估算出金属丝的电阻率约为 ⁠。 A. 1×10－2 Ω·m B. 1×10－3 Ω·m C. 1×10－6 Ω·m D. 1×10－8 Ω·m C　 解析：由Rx＝ρ，S＝π知，金属丝的电阻率 ρ＝＝ Ω·m≈1×10－6 Ω·m，故C正确。 目 录 物 理·必修第三册（JK） （6）任何实验测量都存在误差。本实验所用测量仪器均已校准，下列关 于误差的说法正确的是 ⁠。 A. 用螺旋测微器测量金属丝的直径时，由于读数引起的误差属于系统误差 B. 由电流表和电压表的内阻引起的误差属于偶然误差 C. 若将电流表和电压表的内阻计算在内，可以消除由测量仪表引起的系统 误差 D. 用U-I图像处理数据求金属丝的电阻可以减小偶然误差 CD　 目 录 物 理·必修第三册（JK） 解析：由于读数而引起的误差是偶然误差，由于电压表与电流表的内阻而 引起的误差是系统误差，A、B错误。若将电流表和电压表的内阻计算在 内，则消除了电表内阻对实验产生的影响，即消除了由测量仪表引起的系 统误差，C正确。用U-I图像处理数据，体现了多次测量求平均值的思想， 而且剔除了个别偶然误差比较大的点，如图线中的第6个点，故可以减小 偶然误差，D正确。 目 录 物 理·必修第三册（JK） 题型三　实验拓展与创新 （2023·辽宁高考12题）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（a）所示的电路 图，实验步骤如下： 目 录 物 理·必修第三册（JK） 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（b） 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； 乙　 目 录 物 理·必修第三册（JK） 解析： 由题图（a）可知，电压表测的是乙、丙探针之间的样品两端 的电压，从题图（b）中可以看出L越大，电压表示数U越大，且U-L图像的 延长线过坐标原点，在串联电路中电压表所测电阻部分的阻值越大，电压 越大，说明L为电压表所测样品部分的长度，即L是丙到乙的距离。 目 录 物 理·必修第三册（JK） （2）写出电阻率的表达式ρ＝ （用k、a、I表示）； 解析： 电阻决定式为R＝ρ，其中所测样品横截面积为S＝a2，解得ρ ＝＝，其中电阻R＝，解得ρ＝，由题图（b）可知，U-L图像的斜 率为k＝，所以该样品的电阻率可以表示为ρ＝。 　 目 录 物 理·必修第三册（JK） （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： 由题图（b）可知斜率为k＝＝6.5 V/m，代入电阻率 的表达式得ρ＝＝ Ω·m＝6.5×10－5 Ω·m。 6.5×10－5　 目 录 物 理·必修第三册（JK） 教学效果检测 目 录 33 1. 为了精确测量合金丝的电阻Rx，设计出了如图甲所示的实验电路图，按 照该电路图完成图乙中的实物图连接。 答案：见解析图 解析：将电表接入电路时注意电流要从正接线柱 流入，连接图如图所示。 目 录 物 理·必修第三册（JK） 2. 在“测定金属丝的电阻率”的实验中： （1）用螺旋测微器测量金属丝的直径，其示数如图甲所示，则该金属丝 直径的测量值d＝ mm。 0.384（0.383～0.385均可）　 解析： 螺旋测微器固定刻度示数为零，可动刻度示数为38.4×0.01 mm＝0.384 mm，故d＝0.384 mm。 目 录 物 理·必修第三册（JK） （2）按如图乙所示的电路图测量金属丝的电阻Rx（阻值约为15 Ω）。实验 中除开关、若干导线之外还提供下列器材： 电压表V（量程0～3 V，内阻约3 kΩ）； 电流表A1（量程0～200 mA，内阻约3 Ω）； 电流表A2（量程0～3 A，内阻约0.1 Ω）； 滑动变阻器R1（0～50 Ω）； 滑动变阻器R2（0～200 Ω）； 电源E（3 V，内阻不计）。 为了调节方便，测量准确，实验中电流表应选 ，滑动变阻器应 选 。（填器材的名称符号） A1　 R1　 目 录 物 理·必修第三册（JK） 解析：由于通过待测金属丝的最大电流为Imax＝＝0.2 A，所以电流表应选 择A1；根据欧姆定律可求出电路中需要的最大电阻约为Rmax＝＝45 Ω， 则滑动变阻器需要的最大电阻为45 Ω－15 Ω＝30 Ω，所以为调节方便，滑 动变阻器应选择R1。 目 录 物 理·必修第三册（JK） （3）请根据如图乙所示电路图，用笔画线代替导线将图丙中的实验器材连接起来，并使滑动变阻器的滑片P置于b端时接通电路后的电流最小。 解析：接法如图所示。 答案： 见解析图 目 录 物 理·必修第三册（JK） （4）若通过测量可知，金属丝的长度为l，直径为d，通过金属丝的电流为 I，对应金属丝两端的电压为U，由此可计算得出金属丝的电阻率ρ ＝ 。（用题目所给字母和通用数学符号表示） 　 解析：根据欧姆定律应有R＝，又R＝ρ，S＝，联立可得ρ＝。 目 录 物 理·必修第三册（JK） 3. 某课题组通过实验测量河水的电阻率。现备有一根均匀的长玻璃管（两 端各有一个可移动圆形电极，可装入样品水，接触电阻不计）、刻度尺、 待测河水样品。他们用伏安法多次测量的数据如表（为使实验处理方便， 实验时每次都把电流表示数调到相同）；实验中还用10分度的游标卡尺测 量了玻璃管的内径，结果如图甲所示。 序号 水柱长度/cm 电压表示数/V 电流表示数/μA 1 10 2 100 2 20 4 100 3 30 6 100 4 40 8 100 5 50 10 100 目 录 物 理·必修第三册（JK） （1）玻璃管内径d的测量值为 cm。 解析： 由游标卡尺直接读数得玻璃管内径为2.26 cm。 2.26　 目 录 物 理·必修第三册（JK） （2）用水柱长度l与计算出的水柱电阻R在图乙中描点，画出R-l图像（要 求标出坐标轴的物理量、单位和对应的数值）。 答案： 图见解析 解析：由题表中数据可以计算出不同长度水柱的电阻， R1＝ Ω＝20 kΩ，R2＝40 kΩ，R3＝60 kΩ，R4＝ 80 kΩ，R5＝100 kΩ，在坐标系中描点得到R-l图线如图 所示。 目 录 物 理·必修第三册（JK） （3）计算出所测水的电阻率为 Ω·m。 80.2　 解析： l＝30 cm时，R3＝60 kΩ，d＝2.26 cm，由电阻定律得R＝ρ，解得ρ ＝＝，代入数据解得ρ≈80.2 Ω·m。 目 录 物 理·必修第三册（JK） 4. （2026·四川遂宁射洪期中）（1）某小组用铜棒完成“测定金属电阻 率”实验，首先通过螺旋测微器测量铜棒直径测量结果如图所示，则铜棒 直径d＝ mm； 解析： 螺旋测微器的精确度为0.01 mm，由题图可知铜棒直径为d＝1 mm＋41.0×0.01 mm＝1.410 mm。 1.410　 目 录 物 理·必修第三册（JK） （2）用伏安法测量一个待测电阻Rx的阻值（阻值约为200 Ω），实验室提 供如下器材： 电池组E：电动势为3 V，内阻不计 电流表A1：量程为0～15 mA，内阻RA1约为100 Ω 电流表A2：量程为0～300 μA，内阻RA2为1 000 Ω 滑动变阻器R1：阻值范围为0～20 Ω，额定电流为2 A 电阻箱R2：阻值范围为0～9 999 Ω，额定电流为1 A 要求实验中尽可能准确地测量Rx的阻值，请回答下列问题： 目 录 物 理·必修第三册（JK） ①为了测量待测电阻两端的电压，可以将电流表 （填写器材代号） 与电阻箱串联，并将电阻箱阻值R2调到 Ω，这样可以改装成一个 量程为3.0 V的电压表； ②请在虚线框中画出测量Rx阻值的完整电路图， 并在图中标明器材代号； A2　 9 000　 答案：②见解析 ③调节滑动变阻器，当电流表A1、A2的示数分别是I1、I2时，则测得待测电 阻Rx的阻值是 （用题中已知物理量符号表示）。 　 目 录 物 理·必修第三册（JK） 解析： ①为了测量待测电阻两端的电压，由于电流 表A2内阻已知，可以将电流表A2与电阻箱串联，根据 Um＝I2m（RA2＋R2）＝3 V，解得R2＝9 000 Ω 可知将电阻箱阻值R2调到9 000 Ω，可以改装成一个量程 为3.0 V的电压表。 ②由于改装后的电压表分流已知，所以电流A1采用外接法，则完整电路图如图所示 ③通过Rx的电流Ix＝I1－I2，并联电路两端电压相等，则Rx两端的电压Ux＝I2 测得待测电阻Rx的阻值为Rx＝＝。 目 录 物 理·必修第三册（JK） $