物理人教版（2019）必修第三册11.3实验：导体电阻率的测量（共56张ppt）

(共56张PPT)
实验：导体电阻率的测量
目标
1.理解游标卡尺、螺旋测微器的原理，会使用其测量长度。
2.掌握测量电阻率的实验原理以及实验方法。
3.会测量电阻率，并能进行误差分析。
由 知
要测量导体的电阻率，我们必须要测量导体的电阻、长度和直径。即使用游标卡尺和螺旋测微器 (初中学习中使用刻度尺测量长度和直径，但精确度不够)。
长度
直径
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
游标尺
主尺
外测量爪
深度尺
内测量爪
被测球体
紧固螺钉
可测：管状物体的内径
可测：筒状物的深度
圆柱体的外径
物体的长度
物体的厚度
可测
新知讲解
（一）游标卡尺
新知讲解
3.游标卡尺的使用
当外（内）测量爪一侧的两个刃接触时，游标尺上的零刻度线与主尺上的零刻度线正好对齐。
用游标卡尺测量外径
新知讲解
将被测物体夹（套）在这两个刃之间，把主尺读数和游标尺读数综合起来，就是被测物体的长度。
用游标卡尺测量内径
新知讲解
用游标卡尺测量深度
1.主尺上的最小单位是多少 2.游标尺刻度的总长是多少？每个小格是多长？3.此游标卡尺的精确度是多少？这样的游标卡尺我们怎么读数？第页知识讲解主尺每小格1ｍｍ共9ｍｍ每小格0.9ｍｍ0.1ｍｍ主尺１００１０游标尺２ｃｍ10分度2、游标卡尺的刻度原理：不估读1.主尺上的最小单位是多少 2.游标尺刻度的总长是多少？每个小格是多长？3.此游标卡尺的精确度是多少？这样的游标卡尺我们怎么读数？主尺１００10游标尺２ｃｍ20第页知识讲解主尺每小格1ｍｍ共１9ｍｍ每小格0.95ｍｍ0.05ｍｍ20分度主尺１００1 2 3 4 5 6 7 8 9 10游标尺２ｃｍ３４５1.游标尺刻度的总长是多少？每个小格是多长？2.此游标卡尺的精确度是多少？这样的游标卡尺我们怎么读数？游标尺50小格49ｍｍ每小格0.98ｍｍ精确度为0.02ｍｍ第页知识讲解50分度第页知识讲解1、常见的游标卡尺有10分度、20分度和50分度三种帮你总结主尺刻度数+游标尺对齐格数×精确度注：不需估读！mmmm0 10 200 5 10第页知识讲解0 10 200 5 10第页知识讲解0 10 200 5 10第页知识讲解0 10 200 5 102mm＋9×0.1mm＝2.9mm主尺读数终止处游标尺的第9格与主尺的某条刻度线对齐，读作０.9ｍｍ第页知识讲解mm主尺３２０１０游标尺ｃｍ答案：　　　　　　　这个读数是多少？第页知识讲解910cm010这个读数是多少？答案：　　　　　　　第页知识讲解1.主尺上的最小单位是多少 2.游标尺刻度的总长是多少？每个小格是多长？3.此游标卡尺的精确度是多少？这样的游标卡尺我们怎么读数？主尺１００10游标尺２ｃｍ20第页知识讲解主尺每小格1ｍｍ共１9ｍｍ每小格0.95ｍｍ0.05ｍｍ主尺读数终止处游标尺的第三格与主尺的某条刻度线对齐,读作0.15ｍｍ主尺11１0０１０游标尺12ｃｍ２０第页知识讲解主尺546ｃｍ０1 2 3 4 5 6 7 8 9 10游标尺789第页知识讲解新知讲解
0 1 2 3 4
0 10
测量值：20 mm +6×0.1mm=20.6mm
测量值=主尺读数+n×精度(游标)
新知讲解
50分度：测量值=主尺读数+n×0.02
20 分度：测量值=主尺读数+n×0.05
读数和10分度比较：只是在精度上有区别，其余是一样的
①. A、C、B是一个整体。
②. F、E、D、 D′ 连在一起，通过精密的螺纹套在B上。
知识讲解
（二）螺旋测微器
1.螺旋测微器的结构图
新知讲解
2.螺旋测微器的测距原理：当旋钮 D 旋转一周，螺杆 F便沿着旋转轴线方向前进或后退一个螺距的距离。
F测微螺杆
B 固定刻度
E可动刻度
D旋钮
螺旋测微器的固定刻度 B 的螺距是 0.5 mm，圆周上的可动刻度 E有 50 个等分刻度。
新知讲解
用螺旋测微器测量可准确到 0.01 mm。
可动刻度每旋转一格，对应测微螺杆 F 前进或后退
新知讲解
3.螺旋测微器的读数原理
0
1
2
45
0
40
测量值(mm)＝固定刻度数(mm)＋可动刻度数(估读一位)×0.01(mm)
固定刻度2毫米
半毫米刻度线0.5mm
可动刻度数46
新知讲解
0
1
2
45
0
40
固定刻度2毫米
半毫米刻度线0.5mm
可动刻度数46.0
L= 2 + 0.5 + 46.0 ×0.01mm= 2.960 mm
是否超过半刻度？是。
2.5
新知讲解
L= 2 + 15.0 ×0.01mm= 2.150 mm
是否超过半刻度？否。
1.5mm+28.3×0.01mm=1.783mm读数练习第页知识讲解5.0mm+3.2×0.01mm=5.034mm读数练习第页知识讲解8.5mm+20.3×0.01mm=8.703 mm读数练习第页知识讲解4.0mm+8.8×0.01mm=4.088 mm读数练习第页知识讲解1.5mm+28.0×0.01mm=1.780 mm读数练习第页知识讲解新知讲解
3.螺旋测微器的使用
用螺旋测微器测量物体的微小尺寸时，先使F与A接触，E的左边缘与B的零刻度线对正；将被测物体夹在F与A之间如图所示。
旋转D，当F快靠近物体时，停
止使用D，改用D′，听到 “喀喀”声时停止；然后读数。
新知讲解
实验 2 金属丝电阻率的测量
一、实验目的
1.学会使用伏安法测量电阻。
2.测定金属导体的电阻率。
二、实验思路
由金属丝电阻率 可知只要测出电阻丝的电阻 R、长度 L 和直径 d（S ＝πd2/ 4 ），就可以计算出该电阻丝所用材料的电阻率，即
新知讲解
三、实验器材
被测金属丝一根，刻度尺、螺旋测微器一把，电压表、电流表各一个，学生电源一个，开关一个，滑动变阻器一只，导线若干。
新知讲解
测量金属丝电阻率的实验电路图(分压式、外接法)
A
Rx
V
Rx
U
四、实验电路
新知讲解
物理量的测量需要测量金属电阻丝的电阻 R、长度 L 和直径 d 三个物理量。
（1）电阻的测量
实验步骤：①按实验电路图连接实物电路。
②改变滑动变阻器滑片的位置，读取多组电压、电流值。
③通过U-I 图像求得电阻 R。
五、实验过程
新知讲解
次数 1 2 3 4
U/V 0.10 0.30 0.70 1.00
I/A 0.020 0.060 0.160 0.220
电压、电流表数值如下:
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60
1.20
0
·
·
·
·
·
U/V
I/A
由图可求出R的值：
新知讲解
（2）电阻丝有效长度的测量
电阻丝长度的测量工具应选用刻度尺。需要注意，在测量电阻丝的长度时，测量的并不是电阻丝的总长度，而是接入电路的有效长度L。反复测量多次，得到有效长度的平均值。
次数 1 2 3 平均
长度L/cm 49.52 50.00 51.55 50.36
用游标卡尺或螺旋测微器测量电阻丝的直径
1）在电阻丝的不同位置测量3次，求得直径的平均值。
新知讲解
需要注意的是：用游标卡尺测量时，电阻丝应该置于外测量爪的平面处。
用游标卡尺测电阻丝的直径
（3）电阻丝直径的测量
新知讲解
2）用螺旋测微器测量时，当接近电阻丝时，须转动微调旋钮。
用螺旋测微器测电阻丝的直径
次数 1 2 3 平均
直径d/mm 0.880 0.815 0.800 0.832
六、数据分析
将三个测量值代入上述公式，计算得出导体的电阻率。
新知讲解
产生原因 减小方法
偶然 误差 测量金属丝的直径和长度出现误差 改换位置或多次测量取平均值
电表读数出现误差 眼睛正视指针
通电电流过大或时间过长、致使金属丝发热,造成所测电阻较大 实验中应使电流不要过大,闭合开关后待稳定时尽快读数,然后断开开关
系统误差 电流表的外接使电压表分流造成误差 采用内阻很大的电压表
七、误差分析
导练
1.某物理学习小组的两位同学采用伏安法测金属丝的电阻率，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)
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____(填字母代号)。
A
D
E
由于电池组的电压为3 V超过电压表量程的1/3，所以电压表应选A；
滑动变阻器若阻值太大不便于操作，所以滑动变阻器应选E。
(2)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____(填“甲”或“乙”)图比较合适。
甲
(3)实验中用螺旋测微器测量金属丝的直径，使用时发现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。
0.510
由题图丙可知测微螺杆与测砧直接接触时读数存在的误差为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。
(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＝_____。
2.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
由题图可知，螺旋测微器的读数为0＋39.7×0.01 mm＝0.397 mm。
(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正确连接好电路，进行实验测量，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
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
由表中实验数据可知，所测得的最小电压很小，接近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。
(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　见解析图(a)
根据电路图连接实物电路图，实物电路图连接如图(a)所示。
(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5个坐标点，请在图中标出第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(结果保留两位有效数字)。
4.5
答案　见解析图(b)