11.3 实验：导体电阻率的测量 第2课时（28张PPT）课件 2024-2025学年高一物理人教版（2019）必修第三册

(共28张PPT)
第十一章 电路及其应用
第3节 实验：导体电阻率的测量 第2课时
不同导体的导电性能不同，电阻率是反映导体材料导电性能的重要物理量。那么，我们该如何测量导体的电阻率呢？
1.知道伏安法测电阻的两种实验电路。
2.会分析电流表内外接法的误差及选择内外接法的方法。
3.知道限流式电路和分压式电路的特点并会选择合适的电路解决问题。
01 金属丝电阻率的测量
1.实验思路
：测量金属丝的横截面积
：测量金属丝的长度
：测量金属丝的电阻
直接测长度l、电阻为R、直径d：
2.物理量的测量
测量思路：用电压表测出电阻两端的电压U，用电流表测出通过电阻的电流I，利用部分电路欧姆定律可以算出电阻的阻值R；
测量方法：伏安法
（1）电阻的测量
①电流表接在电压表两接线柱外侧，通常叫“外接法” 。
②电流表接在电压表两接线柱内侧，通常叫“内接法” 。
A
V
Rx
A
V
Rx
“伏安法”测电阻的两种接法
因电流表有分压、电压表有分流作用,两种方法测量电阻都有误差，那么，实际应用中该如何选择呢？
电压表示数：
电流表示数：
误差分析1：电流表外接法
A
V
Rx
误差来源于电压表的分流，分流越小，误差越小。测量小电阻，即Rx<电压表示数：
电流表示数：
误差分析2：电流表内接法
误差来源于电流表的分压，分压越小，误差越小。测量大电阻，即Rx>>RA情况下，使用内接法误差较小。
A
V
Rx
“内外接”方法的选择——规律
内接法
RX
V
A
RX
A
V
外接法
2.误差：大内偏大，小外偏小
当 （即 )时用内接法
当　　 （即 )时用外接法
当　　 （即 )时两种接法均可
1.结论：大内小外
若伏特表示数有明显变化，
即　　　　 用外接；
若安培表示数有明显变化，
即　　　　 用内接。
“内外接”方法的选择——试探法
V
A
S
a
b
R
按内外接的方式依次连接，观察电流表、电压表示数变化情况。
（2）测量金属丝的长度
测量工具：毫米刻度尺（电阻丝总长度约几十厘米，可选用毫米刻度尺）；分度值1mm，可估读到0.1mm；
测量思路：测量接入电路的电阻丝有效长度，多测几次求取平均值。
有效长度
（3）测量金属丝的直径
测量思路：测量金属丝的直径d，间接得出金属丝的横截面积。
测量方法：
1.选刻度尺，利用累积法测直径；
2.选螺旋测微器或游标卡尺直接测量直径，在电阻丝的不同位置测量3次，求得直径的平均值。
为减小误差，尽量选用螺旋测微器。
测量未知电阻时，需取同一电阻的多组电压和电流值。此时可接入滑动变阻器，能起到直接改变测量电阻的电流或电压大小的作用，达到测多组数据的实验效果。
那么，滑动变阻器该如何接入电路呢？
滑动变阻器的接法
限流式
U0
S
R
A
B
P
Rx
分压式
U0
S
P
Rx
R
A
B
目的：调节滑动变阻器使得电阻有多组U、I数据.
滑片P在移动过程中，待测电阻RX的电压和电流变化情况
当滑片P处于A端：
滑变接入阻值RP=0;
待测电阻所分电压最大，为U0；
待测电阻的电流
当滑片P处于B端：
滑变接入阻值RP=Rmax；
待测阻值所分电压最小
待测电阻的电流
“限流式”接法
U0
S
R
A
B
P
Rx
内阻不计
当滑片P处于A端：
滑变全部阻值Rmax与Rx并联
(RAP=0；RBP=Rmax与Rx并联)
待测电阻所分电压最大，为电源电压U0；
待测电阻的电流
U0
S
P
Rx
R
A
B
当滑片P处于B端：
滑变接入全部阻值Rmax，此时Rx被短路
(RAP=Rmax;RBP=0与Rx并联)
待测阻值所分电压最小，为0；
待测电阻的电流为0
滑片P在移动过程中，待测电阻RX的电压和电流变化情况
“分压式”接法
电源内阻不计
1.限流接法:
优点:电路结构简单、操作方便、耗能少。
缺点：电压或电流不能从0变起、调节范围小。
“两种”接法的优缺点
U0
S
R
A
B
P
Rx
U0
S
P
Rx
R
A
B
2.分压接法：
优点:电压或电流能从0调节，调节范围大。
缺点：电路结构复杂、操作不方便、耗能多。
以下3种情况必须用分压接法：
(1)当要求电压或电流从0变起时;
(2)当待测电阻的阻值远大于滑动变阻器的总阻值时;
(3)当采用限流接法，无论怎样调节都不能保证电路的安全时。（注：当两种接法均可时，一般采用限流接法。）
滑动变阻器的接法
(1)当采用限流接法时，选择总电阻与待测电阻的阻值相接近的那一个。
(2)当采用分压接法时，选择总电阻小而额定电流大的那一个。
滑动变阻器的选择
分压外接法
V
A
Rx
分压内接法
A
V
Rx
限流内接法
Rx
A
V
限流外接法
Rx
A
V
由于电阻丝的电阻较小，做实验时，选择外接法；当不要求电压从0开始调节，可选择耗能较低的限流法。
测电阻的四种常用电路
三、实验器材
螺旋测微器或游标卡尺、毫米刻度尺、电压表、电流表、定值电阻、开关及导线、被测金属导线、电池、滑动变阻器。
一、实验目的：测量金属丝的电阻率
二、实验原理：如图
实验：金属丝电阻率的测量
1.测直径:在被测金属丝上三个不同位置各测一次直径,并记录;
2.量长度:测有效长度,反复测量3次;
3.连电路:按原理图所示的电路图连接实验电路;
4.求电阻:改变滑动变阻器滑片的位置,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.拆除实验电路,整理好实验器材。
四、实验步骤
五、数据处理
1.因一般金属丝电阻较小,为了减少实验的系统误差,应选择电流表外接法。
2.本实验滑动变阻器若用分压式接法,在接通电源之前应将滑动变阻器调到电压表为零的状态。
3.测量I时应测接入电路中的金属丝的有效长度(即两接线柱之间的长度);在金属丝的3个不同位置上用螺旋测微器或游标卡尺测量直径d。
4.电流不宜过大(电流表用0-0.6 A量程),通电时间不宜太长,以免电阻率因温度升高而变化。
六、注意事项
1.直径测量。
2.长度测量。
3.电路中电流表及电压表内阻对电阻测量的影响。
4.通电电流大小、时间长短、致使电阻丝发热,电阻率随之变化。
七、误差分析
1.（多选）如图所示为用伏安法测电阻的部分电路图，因为不知道待测电阻RX的大概值，所以不能确定线路的接法。为了减小误差，可在电路接好后将电压表的一个接线端K分别与M、N接触，观察电压表和电流表的示数哪一个有明显的变化。下列关于观察到的现象及应选用的接法的叙述中，正确的是（　　）
A、若电流表读数有明显的变化，则K应接在M点
B、若电流表读数有明显的变化，则K应接在N点
C、若电压表读数有明显的变化，则K应接在M点
D、若电压表读数有明显的变化，则K应接在N点
A
V
M
N
BC
2.某小组利用电流表(内阻约0.1 Ω)、电压表(内阻约3kΩ)等器材测金属丝电阻，要求电压和电流均从0开始测量，得到多组电流、电压数据，求出金属丝的电阻Rx＝50Ω.他们采用的是图乙中的________电路图，Rx的真实值________(填“大于”“小于”或“等于”)50 Ω.
A
小于
3.有一根细长且均匀的空心金属管线,长约3 cm,电阻约为5 Ω,已知这种金属的电阻率为ρ,现在要尽可能精确地测定它的内径d。
(1)用螺旋测微器测量金属管线外径D时的刻度位置如图1所示,从图中读出其外径为 mm,应用 (选填“厘米刻度尺”或“毫米刻度尺”)测金属管线的长度L。
11.000
毫米刻度尺
(2)为测量金属管线的电阻R,取来两节新的干电池、开关、若干导线及下列器材:
A.电压表0~3 V B.电流表0~0.6 A
C.电流表0~3 A D.滑动变阻器0~10 Ω
要求较准确地测出其阻值,电流表应选 。(填序号)
(3)连接好电路后进行实验,记录电压表和电流表的示数U和I,请用已知的物理量和应直接测量的物理量(均用符号表示),推导出金属管线内径的表达式d= 。
B