3.6科学测量：金属丝的电阻率 课件（30张PPT）

3.6 科学测量：金属丝的电阻率
想 一 想
1.测量金属丝的电阻率依据的物理规律是什么？
2.需要测定哪些物理量？
测量金属丝电阻率
1、实验目的
2、实验原理
测量电阻丝的电阻R、直径d和电阻丝有效长度l
测量工具：螺旋测微器或游标卡尺、毫米刻度尺。
直流电源
电流表
电压表
滑动变阻器
开关、导线若干。
3、实验器材
被测金属丝
伏安法测电阻
一
外接法
内接法
测量电阻时，电流表与电压表接入的位置不同对实验结果会不会有影响呢？
如果视为理想电表。
电流表内阻：0
电压表内阻：∞
?
伏安法测电阻
一
外接法
电压表示数：
电流表示数：
测量值偏小。
<
说明
电流表内、外接法误差分析
电压表示数：
电流表示数：
测量值偏大。
>
外接法的误差来源于电压表的分流。
内接法
内接法的误差来源于电流表的分压。
说明
外接法相对误差较小，所以选择电流表外接法
电压表V1：0~3V量程，内阻约为1kΩ；
电流表A1：0~0.6A量程，内阻约为1Ω；
待测金属丝的总电阻约为10Ω；
电流表内、外接的选择方法
2.电阻丝电阻的测量
①直接比较法：当Rx?RA时，采用内接法，测量值偏大
当Rx?RV时，采用外接法，测量值偏小
②公式计算法
“大内偏大，小外偏小”.
③试触法：如图，把电压表的可动接线端分别试接b、c两点，观察两电表的示数变化。
电流表内、外接的选择方法
若电压表的示数变化明显，说明电流表的分压作用对电路影响大，所以应选外接法.
若电流表的示数变化明显，说明电压表的分流作用对电路影响大，应选用内接法；
2.电阻丝电阻的测量
（3）为调节方便，尽可能测量多组数据，滑动变阻器采用限流式接法，还是分压式接法？
Rx
U
Rx
U
限流式
分压式
限流式：滑动变阻器主要作用为限制电流。
在此电路中，滑动变阻器通过改变自身接入电路的阻值，进而影响电路的总电流。
从而达到改变测量电阻电流和电压的目的，得到多组数据。
分压式：滑动变阻器的主要作用为分压
此电路中，滑变通过改变自身与并联电路串联部分的电阻，达到改变待测电阻分得电压
从而达到改变测量电阻电流和电压的目的，得到多组数据。
测量电路
限流式
分压式
电压范围：
分压式调压范围稍大，数据点可以更分散一些，选择分压式接法
以下3种情况必须用分压式接法：
A.要求电压或电流从0开始变化时；（0起必分）
B.当滑动变阻器的总阻值远小于待测电阻阻值；（滑小必分）
C.采用限流接法时，无论怎样调节，不能保证电路安全；（烧表必分）
电路简单，能耗小。
电路复杂，能耗大。
连接电路
电路原理图
根据原理图连接实物图
电路连接好后，滑动变阻器滑动触头置于使接入电路中滑变电阻最大的位置，使开关闭合时，待测电阻两端电压为0
+
-
+
-
实验：测量金属丝电阻率
三
改变滑动变阻器的阻值（阻值由大到小），测出多组电压和电流。
1
2
3
4
5
6
电压/V
0.45
0.70
1.09
1.40
1.74
2.19
电流/A
0.06
0.10
0.15
0.20
0.25
0.32
用图象法求电阻R
A(0.13 A,0.90 V)
B(0.29 A,2.00 V)
数据分析
测量电阻丝的有效长度l
1
2
3
平均值
l/cm
56.50
56.45
56.46
56.47
测量电阻丝直径d
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}
1
2
3
平均值
d/mm
0.395
0.396
0.399
0.397
数据分析
注意事项
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。
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，因为电阻率随温度而改变。
注意事项
实物图连接的注意事项
(1)画线连接各元件,一般先从电源正极开始,按照电路原理图依次到开关,再到滑动变阻器,按顺序以单线连接方式将主电路中串联的元件依次串联起来;其次将要并联的元件再并联到电路中去。
(2)连线时要将导线接在接线柱上,两条导线不能交叉。
(3)要注意电表的量程和正、负接线柱,要使电流从电表的正接线柱流入,从负接线柱流出。
【例1】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3甲所示，则该金属丝直径的测量值d＝________ mm.
0+38.4×0.01 ＝0.384 mm
(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
(3)请根据如图乙所示电路图，用笔画线代替导线将图4中的实验器材连接起来
(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)
【例2】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5所示，其读数应为________ mm(该值接近多次测量的平均值)．
0 ＋39.8×0.01 ＝0.398 mm
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
(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(内阻约0.1 Ω)、电压表(内阻约3 kΩ)、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图6正确连接好电路，进行实验测量，记录数据如下：
(3)下图是测量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置于滑动变阻器的一端．请根据电路图，补充完成图中实物间的连线，并使闭合开关的瞬间，电压表或电流表不至于被烧坏．
(4)这个小组的同学在坐标纸上建立U－I坐标系，如图8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(保留两位有效数字)．
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
4.4
(5)根据以上数据可以估算出金属丝电阻率约为________．
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
伏安法测电阻
一
电表的读数
量程为3A或3V时：
两刻度之间有10小格，每小格代表0.1。要估读到最小刻度下一位。
电压表：
1.88V
电流表：
0.83V
量程为0.6A时：
若指针恰好在“2”，
其最小分度为0.02 A
不足半格0.16A
超半格0.17A
量程为15V时：
其最小分度为0.5 A
9.4V或9.3V
指针在中央也不能读成活9.25V
则读为：2.00 V或2.00 A
实例演练
某同学做“测量金属丝的电阻率”实验。
（1)需要通过实验直接测量的物理量有 （写出名称和符号）。
（2)这位同学在一次测量时，电流表、电压表的示数分别如图（a)(b)所示。由图可知，电流表、电压表的示数分别为 A和 V,由此可计算出金属丝的电阻为 Ω.(电流表和电压表分别用0.6A和15V的量程）
(1)长度l，直径d，电压U，电流I
(2)0.46A，12.0V，26.1?