高中物理必修3 第11章电路及其应用第3节实验：导体电阻率的测量课件(共56张PPT)

(共56张PPT)
实验：测定金属丝的电阻率
1．掌握螺旋测微器的原理及读数方法．
2．掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法及电流表和电压表的读数方法．
3．会用伏安法测电阻的方法测定金属的电阻率．
一、实验目的
2. 用螺旋测微器测直径时应选三个不同的部位测三次，再取平均值．
3. 接通电源的时间不能过长，通过电阻丝的电流强度不能过大，否则金属丝将因发热而温度升高，这样会导致电阻率变大，从而造成误差．
4. 要恰当选择电流表、电压表的量程，调节滑动变阻器的阻值时，应注意同时观察两表的读数，尽量使两表的指针偏转较大，以减小读数误差．
5. 伏安法测电阻是这个实验的中心内容，测量时根据不同情况，根据所给器材对电流表的内接还是外接做出正确选择．
例1 (1)如图甲所示为一种游标卡尺，它的游标尺上有20个小的等分刻度，总长度为19mm.用它测量某物体长度时，游标卡尺示数如图甲所示，则该物体的长度是________cm.
(2)如图乙所示为使用螺旋测微器测量某金属丝直径的示意图，则该金属丝的直径为________mm.
题型一：游标卡尺、螺施测微器的读数
【解析】(1)主尺读数为10 mm，游标尺上的第10个刻度线与主尺刻度线对齐，所以游标尺读数为0.05×10 mm＝0.50 mm，实际读数为10.50 mm，以cm为单位等于1.050 cm.
(2)千分尺的每一小格为0.01 mm，即千分尺的精确度为0.01 mm.读数＝固定刻度读数(0 mm，固定刻度上0.5 mm刻度线没有露出)＋可动刻度读数(26.0×0.01 mm)＝0.260 mm.
【答案】(1)1.050　(2)0.260
【方法与知识感悟】游标卡尺的读数应注意以下几点：
(1)看清精确度
例如
易错成11＋4×0.1 mm＝11.40 mm
正确的应为11.4 mm，游标卡尺不需估读，后面不能随意加零．
例如
易错成10＋12×0.05 mm＝10.6 mm，正确的应为10.60 mm
(2)主尺上的单位是厘米
主尺上标的1、2、3等数字是指厘米数，主尺上的最小刻度是1 mm.读数时，要先从主尺上读出以毫米为单位的数，再加上游标上的读数．
例如
易错成(5＋4×0.05) mm＝5.20 mm
正确的应为(50＋4×0.05) mm＝50.20 mm
(3)区分零刻度与标尺最前端
例如
易错成13＋10×0.05 mm＝13.50 mm
正确读数为14＋10×0.05 mm＝14.50 mm
E．变阻器R1(0～10 Ω，0.6 A)
F．变阻器R2(0～200 Ω，0.1 A)
G．电池组E(电动势为3 V，内阻约为0.3 Ω)
H．开关S，导线若干
(1)为减小实验误差，应选用的实验器材有
________(填前面的代号)．
(2)为减小实验误差，应选用图实甲中________[填(a)或(b)]为该实验的电路原理图．
(3)若用毫米刻度尺测得金属丝长度为60.00 cm，用螺旋测微器测得金属丝的直径及两电表的示数如图丙所示，则金属丝的直径为______mm，电阻值为______Ω.
【答案】(1)ADEGH　(2)b　(3)0.637　2.4
【方法与知识感悟】对电学实验器材的选择一般分两步考虑，首先要根据实验的要求设计好测量电路，选择必要的相应的器材时要着重考虑准确性；然后设计供电电路，此时选择相应的器材时要着重考虑安全性．
电学实验器材选择的原则
(1)准确性原则：选用电表量程时应考虑尽可能减小测量值的相对误差，电压表、电流表在使用时尽可能使指针接近满量程，若指针偏转不到满偏角度的1/3，读数误差较大．
(2)安全性原则：通过电源，电表，滑动变阻器，用电器的电流不能超过其允许的最大电流．
(3)便于操作原则：选择控制电路时，既要考虑供电电压的变化范围是否满足实验要求，又要注意便于操作．若控制电路为限流接法，则选滑动变阻器总阻值与待测电阻相当的；若控制电路为分压接法，则选滑动变阻器总阻值较小的(在不超过其额定电流的情况下)．
例3 实际电流表有内阻，可等效为理
想电流表与内电阻的串联．测量实际电
流表G1内阻r1的电路如图所示．供选择
的仪器如下：
①待测电流表G1(0～5 mA，内阻约300 Ω)，②电流表G2(0～10 mA，内阻约100 Ω)，③定值电阻R1(300 Ω)，④定值电阻R2(10 Ω)，⑤滑动变阻器R3(0～1000 Ω)，⑥滑动变阻器R4(0～20 Ω)，⑦干电池(1.5 V)，⑧电键S及导线若干．
(1)定值电阻应选________，滑动变阻器应选________．(在空格内填写序号)
(2)用连线连接实物图．
题型三：电表内阻的测量
(3)补全实验步骤：①按电路图连接电路，
_____________；②闭合电键S，移动滑
动触头至某一位置，记录G1，G2的读
数I1，I2；③____________________；④以I2为纵坐标，I1为横坐标，作出相应图线，如图所示．
(4)根据I2－I1图线的斜率k及定值电阻，写出待测电流表内阻的表达式________．
【答案】(1)③　⑥
(2)
(3)①将滑动触头移至最左端　③多次移动滑动触头，记录相应的G1，G2读数I1，I2
(4)RA＝(k－1)R1
*1．在“测定金属的电阻率”的实验中，以下操作中错误的是( )
A．用米尺测量金属丝的全长，且测量三次，算出其平均值，然后再将金属丝接入电路中
B．用螺旋测微器在金属丝三个不同部位各测量一次直径，算出其平均值
C．用伏安法测电阻时采用电流表内接法，多次测量后算出平均值
D．实验中应保持金属丝的温度不变
AC
【解析】实验中应测量出金属丝接入电路中的有效长度，而不是全长；金属丝的电阻很小，与电压表内阻相差很大，使金属丝与电压表并联，电压表对它分流作用很小，应采用电流表外接法．故A、C操作错误.
2．某电压表的内阻在20 kΩ～50 kΩ之间，现要测量其内阻，实验室提供下列可供选用的器材：待测电压表V(量程3 V)、电流表A1(量程200 μA)、电流表A2(量程5 mA)、电流表A3(量程0.6 A)、滑动变阻器R(最大值1 kΩ)、电源E(电动势4 V)，开关S.
(1)所提供的电流表中，应选用 .
(2)为了减小误差，要求测量多组数据，试画出符合要求的电路图．
A1
(2)实验要求测多组数据，因此实验电路中滑动变阻器应接成分压式，电路图如图所示．
3．为了测量一微安表
头A的内阻，某同学设计了如图
所示的电路．图中A0是标准电流
表，R0和RN分别是滑动变阻器和
电阻箱，S和S1分别是单刀双掷开关和单刀开关，E是电池．完成下列实验步骤中的填空：
(1)将S拨向接点1，接通S1，调节 ，使待测表头指针偏转到适当位置，记下此时 的读数I；
(2)然后将S拨向接点2，调节 ，使
，记下此时RN的读数；
R0
标准电流表A0
RN
标准电流表A0的示数为I
【解析】(1)R0、标准电流表A0；(2)RN，标准电流表A0的示数为I；(3)平均值
(3)多次重复上述过程，计算RN读数的 ，此即为待测微安表头内阻的测量值．
平均值
1．某同学用游标卡尺和螺旋测微器分别测量一薄的金属圆片的直径和厚度，读出图中的示数，该金属圆片的直径的测量值为 cm，厚度的测量值为 mm.
1.240
1.682
【巩固基础】
【解析】游标卡尺的读数，按步骤进行一般不会出错．首先确定游标卡尺的精度为20分度，即0.05 mm，然后以毫米为单位从主尺上读出整毫米数12.00 mm，注意小数点后的有效数字要与精度一样，再从游标尺上找出对得最齐一条刻线，精度×格数＝0.05×8 mm＝0.40 mm，最后两者相加，根据题目单位要求换算为需要的数据，12.00 mm＋0.40 mm＝12.40 mm＝1.240 cm.螺旋测微器的读数1.5 mm＋0.01×18.2 mm＝1.682 mm.
2．在“测定金属的电阻率”实验中，造成实验误差的原因说法错误的是 ( )
A．用伏安法测金属丝的电阻率时，电流表、电压表内阻对电阻测量的影响
B．电池的内电阻对实验的影响
C．用米尺测量金属丝的长度时的测量误差
D．用螺旋测微器测金属丝的直径时的测量误差
B
【解析】电池的内阻对测量通过金属丝的电流强度和金属丝两端的电压没有影响．
3．某同学做“测定金属电阻率”的实验．
(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、电压表的示数如图所示．由图中电流表、电压表的读数可计算出金属丝的电阻为 Ω.
加在金属丝
两端的电压U，通过金属丝的电流I，金属丝的长
度l，金属丝的直径d
5.22
4．某兴趣小组在做“测定金属丝的电阻率”的实验中，通过粗测电阻丝的电阻约为5 Ω，为了使测量结果尽量准确，从实验室找到以下供选择的器材：
A．电池组(3 V，内阻约1 Ω)
B．电流表A1(0～3 A，内阻0.0125 Ω)
C．电流表A2(0～0.6 A，内阻约0.125 Ω)
D．电压表V1(0～3 V，内阻4 kΩ)
E．电压表V2(0～15 V，内阻15 kΩ)
F．滑动变阻器R1(0～20 Ω，允许最大电流1 A)
G．滑动变阻器R2(0～2000 Ω，允许最大电流0.3 A)
H．开关、导线若干
【提升能力】
(1)实验时应从上述器材中选用 (填写仪器前字母代号)．
(2)测电阻时，电流表、电压表、待测电阻Rx在组成测量电路时，应采用安培表 接法，将设计的电路图画在下侧方框内．
　
ACDFH
外
(3)若用螺旋测微器测得金属丝的直径d的读数如上图，则读数为 mm.
(4)若用L表示金属丝的长度，d表示直径，测得电阻为R，请写出计算金属丝电阻率的表达式
ρ＝ .
0.900
5．如图所示是一些准备用来测量待测电阻Rx阻值的实验器材，器材及其规格列表如下：
器材 规格
待测电阻Rx
电源E
电压表V1
电压表V2
电流表A
滑动变阻器R
开关S、导线若干 阻值在900～1000 Ω之间
具有一定内阻，电动势约9.0 V
量程2.0 V，内阻r1＝1000 Ω
量程5.0 V，内阻r2＝2500 Ω
量程3.0 A，内阻r＝0.10 Ω
最大阻值约100 Ω，额定电流0.5 A
为了能正常进行测量并尽可能减少测量误差，实验要求测量时电表的读数大于其量程的一半，而且调节滑动变阻器能使电表读数有较明显的变化．请用实线代表导线，在所给的实验器材图中选择若干合适的器材，连成满足要求的测量Rx阻值的电路．
【解析】由于待测电阻约1 000 Ω，滑动变阻器阻值100 Ω，要使电表读数有较明显的变化，因此滑动变阻器采用分压接法，由于加在待测电阻的最大电流为9 mA，显然3 A的电流表不能用，因此将V1当作电流表使用．由于V1表的电压能够测量，故采用V1表内接法．测量阻值的电路如图所示．
滑动变阻器R1：0～50 Ω
滑动变阻器R2：0～3 kΩ
直流电源E：电动势E＝1.5 V，内阻r约为1 Ω
单刀单掷开关S，导线若干
(1)在如图所示的实验电路原理图上标明所选用的滑动变阻器．
(2)下面是主要的实验操作步骤，将所缺的内容填写在横线上：
第一步：断开S，按电路原理图连接器材，将两个滑动变阻器R1、R2的触头分别置于合理的位置；
第二步：闭合S，分别调节R1和R2至适当位置，
．
(3)用已知量和测得量的符号表示微安表的内阻Rg＝
____．
使微安表满偏，记下这时毫伏表的示数U
7．现有实验器材如下：
标准电流表A1(量程250 mA，内阻r1为50 Ω)；
标准电流表A2(量程300 mA，内阻r2约为50 Ω)；
滑动变阻器R(最大阻值为10 Ω)；
电源E(电动势约为15 V，内阻r约为1 Ω)；
单刀单掷开关S；
导线若干．
请利用上述器材设计一个测量待测电阻Rx(阻值约为100 Ω)的准确电阻值的实验：
(1)要求方法简便，并能测多组数据，画出实验电路原理图，并标明每个器材的代号．
A1、A2两电流表的
读数I1、I2
8．用以下器材测量电压表V1的内阻R1 (量程为1.5 V，内阻1 400－1 600 Ω)；
电源E：电动势约为3 V，内阻可忽略；
电压表V2：量程为3 V；
标准电阻R0：阻值R0＝1200 Ω；
滑动变阻器R：最大阻值约为20 Ω；
单刀单掷开关K；
导线若干．
(1)请画出实验电路原理图(原理图中的元件必须要用题中相应的字母标注)；
(2)根据电路图，在实物图上连线；
(3)若电压表V1的读数用U1表示，电压表V2的读数用U2表示，则由已知量和测得量表示R1的表达式为R1＝
．
9．为了测定一个定值电阻的阻值，某同学利用如图甲所示的电路进行实验．电源电动势为E(大小未知)、内阻不计，R为待测电阻，R′为电阻箱，电压表的内阻非常大．实验时，改变R′的值，记下对应的电压表V所示的电压U的值，从而得到若干组R′、U的数据，然后通过作出有关物理量的线性图象，即可求得R的阻值．
【再上台阶】
(1)请写出与你所作线性图象对应的函数关系式
.
(2)请在图乙所示虚线框内的坐标系中作出定性图象(要求标明两个坐标轴所代表的物理量，用符号表示)．
(3)若该线性图象的纵轴截距为b，斜率为k，则电阻
R的表达式为R＝ .