(共27张PPT)
3 实验：导体电阻率的测量
实验目的
1．掌握游标卡尺和螺旋测微器的原理及读数方法。
2．练习使用电流表、电压表及伏安法测电阻。
3．测定金属的电阻率。
实验原理
1．游标卡尺
(1)构造：主尺、游标尺(主尺和游标尺上各有一个内、外测量爪)(如图甲所示)。
甲
(2)原理：利用主尺的单位刻度(1 mm)与游标尺的单位刻度之间固定的微量差值提高测量精度的。常用的游标卡尺有10分度、20分度和50分度三种，其读数见下表：
分度 刻度总长度 每小格与1 mm的差 精确度(可准确到)值
10 9 mm 0.1 mm 0.1 mm
20 19 mm 0.05 mm 0.05 mm
50 49 mm 0.02 mm 0.02 mm
2．练习使用游标卡尺
(1)用游标卡尺的外测量爪测量小钢球、小圆管的外径、教科书的厚度等。
(2)用游标卡尺的内测量爪测量小圆管的内径、槽的宽度等。
3．螺旋测微器
(1)构造：如图乙所示，螺旋测微器的测砧A和固定刻度B是固定在尺架C上的；可动刻度E、旋钮D、微调旋钮D′是与测微螺杆F连在一起的，通过精密螺纹套在B上。
乙
(3)读数
①测量时被测物体长度的半毫米数由固定刻度读出，不足半毫米部分由可动刻度读出。
②测量值(mm)＝固定刻度数(mm)(注意半毫米刻度线是否露出)＋可动刻度数(估读一位)×0.01(mm)。
③如图丙所示，固定刻度示数为2.0 mm，而从可动刻度上读的示数为15.0，最后的读数为2.0 mm＋15.0×0.01 mm＝2.150 mm。
丙
4．练习使用螺旋测微器
(1)测量A4纸的厚度。
(2)测量头发丝的直径。
5．电阻率的测量原理
实验器材
毫米刻度尺，螺旋测微器或游标卡尺，直流电流表和直流电压表，滑动变阻器(阻值范围0～50 Ω)，电池组，开关，被测金属丝，导线若干。
实验步骤
1．测直径：用螺旋测微器或游标卡尺在金属丝的三个不同位置上各测一次，并记录数据。
2．测长度：将金属丝两端固定在接线柱上悬空挂直，用毫米刻度尺测量接入电路的金属丝长度l(即有效长度)，反复测量三次，并记录。
3．连电路：依照电路图用导线把器材连好，并把滑动变阻器的阻值调至并联电路部分的电压为零处。
4．测U、I：电路经检查确认无误后，闭合开关S。改变滑动变阻器滑动触头的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值，记入记录表格内，断开开关S。
5．整理：拆除实验电路，整理好实验器材。
数据处理
1．金属丝直径的读数：
(1)用游标卡尺测量金属丝直径时，电阻丝应置于外测量爪的平面处。
(2)利用螺旋测微器测金属丝直径，读数时应特别小心半毫米刻度线是否露出。
(3)因螺旋测微器的精确度为0.01 mm，可动刻度上对齐的格数需要估读。所以，若以毫米为单位的话，最后一位应出现在小数点后的第三位上。
(4)把三个不同位置的测量值求平均值作为直径d。
2．金属丝长度的测量：
(1)应测量接入电路中的有效长度。
(2)因为用的是毫米刻度尺，读数时要读到毫米的下一位(别忘记估读)。
(3)把三次测量值求平均值作为长度l。
3．电阻R的测量值的确定：
方法一：平均值法
可以将每次测量的U、I分别计算出电阻，再求出电阻的平均值，作为测量结果。
方法二：图像法
可建立U- I坐标系，将测量的对应U- I值描点作出图像，利用图像斜率求出电阻值R。
注意事项
1．为了方便，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。
2．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。
3．为准确求出R的平均值，应多测几组U、I数值，然后采用U I图像法求出电阻。
[解析] (1)20分度的游标卡尺精确度为0.05 mm，游标尺上第3格与主尺上的刻度线对齐，示数为0.05×3 mm＝0.15 mm，故长度为50 mm＋0.15 mm＝50.15 mm。
(2)螺旋测微器固定刻度示数为4.5 mm，可动刻度示数为20.0×0.01 mm＝0.200 mm，故直径为4.5 mm＋0.200 mm＝4.700 mm。
[答案] (1)50.15 (2)4.700
【对点训练】
1．某同学用游标卡尺测量一圆柱体的长度l，用螺旋测微器测量圆柱体的直径d，示数如图甲、乙所示。
由图可读出l＝________cm，d＝________mm。
解析：游标卡尺主尺读数为2.2 cm，游标尺读数为5×0.1 mm＝0.5 mm＝0.05 cm，故l＝2.2 cm＋0.05 cm＝2.25 cm；螺旋测微器的半毫米刻度线已露出，所以固定刻度为6.5 mm，再读出可动刻度上的格数(估读一位)×0.01 mm，读数为6.5 mm＋36.0×0.01 mm＝6.860 mm。
答案：2.25 6.860
A．直流电源(输出电压为3 V)
B．电流表A(量程0～0.6 A，内阻约0.125 Ω)
C．电压表V(量程0～3 V，内阻3 kΩ)
D．滑动变阻器(最大阻值20 Ω)
E．开关、导线等
(1)从图中读出金属丝的直径为________mm。
(2)根据所提供的器材，在虚线框中画出实验电路图。
(3)若根据伏安法测出金属丝的阻值为Rx＝4.0 Ω，则这种金属材料的电阻率为________ Ω·m(保留两位有效数字)。
【对点训练】
2．在“导体电阻率的测量”实验中，
(1)根据如图甲所示的电路图，实物连线图(图乙)中的导线a端应与________(选填“b”“c”或“d”)接线柱连接；
(2)下列操作正确的是________(多选)；
A．连接电路时，开关处于断开状态
B．闭合开关前，滑动变阻器滑片调到最右端
C．完成电流表和电压表读数后，及时断开开关
(3)某次实验中电压表的指针位置如图丙所示，则读数为______V；
(4)为了测量金属丝的电阻率，已测量了金属丝的直径d、流过金属丝的电流I及金属丝两端的电压U，还需要用________________(选填“毫米刻度尺”“游标卡尺”或“螺旋测微器”)测量金属丝的长度l，则金属丝电阻率ρ＝__________(用题中物理量的符号表示)。
解析：(1)根据电路图连接实物图，a端应该与c端连接。
(2)为了电路的安全，连接电路时，开关应处于断开状态，A正确；闭合开关前，滑动变阻器的滑片应该调到最左端，使与滑动变阻器并联部分的电压最小，B错误；完成电流表和电压表读数后，及时断开开关，以免烧毁元件，C正确。PAGE
课时跟踪检测(十三) 实验：导体电阻率的测量
1．(2024·广东1月学考)在用伏安法“测金属丝的电阻率”的实验中，Rx远小于电压表的内阻，在各电表安全使用的前提下，正确选用的电路图是( )
解析：选B 根据伏安法测电阻，电流表应与待测电阻串联，电压表应与待测电阻并联；由于Rx远小于电压表的内阻，则电压表的分流几乎可以忽略不计，所以电流表应采用外接法。故选B。
2．在“测定金属的电阻率”的实验中：
(1)用螺旋测微器测量金属丝直径时，其示数如图甲所示，则金属丝的直径为d＝________ mm。
(2)某同学设计了如图乙所示的电路测量该金属丝的电阻(阻值约3 Ω)。
可选用的器材规格如下：
电源E(电源电压为3 V，内阻不计)；
电流表A(0～0.6 A，内阻约0.5 Ω)；
电流表G(0～10 mA，内阻为50 Ω)；
滑动变阻器R1(阻值0～5 Ω，额定电流2 A)；
滑动变阻器R2(阻值0～1 kΩ，额定电流1 A)；
定值电阻R3＝250 Ω；
定值电阻R4＝2 500 Ω；
开关S和导线若干。
①为了便于操作，并使测量尽量精确，定值电阻应选________，滑动变阻器R应选________。
②某次测量时电流表G的读数为5.0 mA，电流表A示数为0.50 A，计算Rx的准确值为Rx＝________(计算结果保留3位有效数字)。
解析：(1)由图示螺旋测微器可知，固定刻度示数为0.5 mm，可动刻度示数为30.0×0.01 mm＝0.300 mm，螺旋测微器示数为0.5 mm＋0.300 mm＝0.800 mm。
(2)①根据闭合电路欧姆定律和电流表最小读数，可求出电路中需要的最大电阻为R＝＝ Ω＝15 Ω，由于待测电阻为3 Ω，所以滑动变阻器应用R1，根据分压原理，R支＝＝ Ω＝300 Ω，故定值电阻选R3。
②根据欧姆定律，由
Rx＝＝ Ω≈3.03 Ω。
答案：(1)0.800 (2)①R3 R1 ②3.03 Ω
3．USB数据线所用的导线是否合格至关重要。某实验小组从数据线内剥离出长1.5 m 的金属丝(估测其电阻Rx约0.4 Ω)，测量此金属丝的电阻。实验室提供的器材有：
A．电流表A1(量程为0～0.6 A，内阻为RA1＝1 Ω)
B．电流表A2(量程为0～1 A，内阻RA2约为0.5 Ω)
C．电压表V(量程为0～15 V，内阻为RV＝10 kΩ)
D．定值电阻R1＝1 Ω
E．滑动变阻器R(最大阻值为5 Ω)
F．电源E(电动势为1.5 V，内阻约为2 Ω)
G．开关S一只，导线若干
(1)该实验小组设计的部分实验电路如图甲所示，请选择合适的器材，电表1为________，电表2为________。(均填写器材前的字母序号)
(2)若要求测量时流过金属丝的电流从零开始调节，请你设计、完善实验电路，并画在虚线框中。
(3)经过多次测量，得到如图乙所示的图像(其中I1为电表1的读数，I2为电表2的读数)，由此可知I2与I1－I2关系式为________(用题中物理量的符号表示)，金属丝的电阻值为________Ω(结果保留2位有效数字)。
(4)本实验所采用测量电阻的实验方法，________(填“会”或“不会”)产生系统误差；采用图像法求金属丝电阻，可以减小________误差(填“系统”或“偶然”)。
解析：(1)由于电压表量程比电源电动势大得多，故本实验电压表不适用，故可以将已知内阻的电流表A1作为电压表使用，与定值电阻和待测金属丝并联，即电表2选择A；最后用量程稍大一些的电流表A2测两支路的总电流，即电表1选择B。
(2)若要求测量时流过金属丝的电流从零开始调节，则滑动变阻器应采用分压接法，实验电路图如图所示。
(3)根据电路图的串并联关系可得
I2RA1＝(I1－I2)(R1＋Rx)，
可得I2＝·(I1－I2)，
可知图像中的斜率为k＝＝，
解得金属丝的电阻值为Rx＝×1 Ω－1 Ω≈0.28 Ω。
(4)由于本实验电流表A1的内阻已知，用I2RA1表示定值电阻和待测金属丝的总电压，用I1－I2表示定值电阻和待测金属丝的电流，均没有误差，故本实验所采用测量电阻的实验方法，不会产生系统误差；采用图像法求金属丝电阻，可以去除掉偏差比较大的数据，可以减小偶然误差。
答案：(1)B A (2)图见解析
(3)I2＝·(I1－I2) 0.28
(4)不会 偶然
4．(2024·山东高考)某学习小组对两种型号铅笔芯的电阻率进行测量。实验器材如下：
学生电源(输出电压0～16 V)；
滑动变阻器(最大阻值10 Ω，额定电流2 A)；
电压表V(量程3 V，内阻未知)；
电流表A(量程3 A，内阻未知)；
待测铅笔芯R(X型号、Y型号)；
游标卡尺，螺旋测微器，开关S，单刀双掷开关K，导线若干。
回答以下问题：
(1)使用螺旋测微器测量铅笔芯直径，某次测量结果如图甲所示，该读数为________ mm；
(2)把待测铅笔芯接入图乙所示电路，闭合开关S后，将滑动变阻器滑片由最右端向左调节到合适位置，将单刀双掷开关K分别掷到1、2端，观察到电压表示数变化比电流表示数变化更明显，则测量铅笔芯电阻时应将K掷到________(填“1”或“2”)端；
(3)正确连接电路，得到Y型号铅笔芯I U图像如图丙所示，求得电阻RY＝________Ω(保留3位有效数字)；采用同样方法得到X型号铅笔芯的电阻为1.70 Ω；
(4)使用游标卡尺测得X、Y型号铅笔芯的长度分别为40.68 mm、60.78 mm，使用螺旋测微器测得X、Y型号铅笔芯直径近似相等，则X型号铅笔芯的电阻率________(填“大于”或“小于”)Y型号铅笔芯的电阻率。
解析：(1)根据螺旋测微器的读数规则可知，其读数为d＝2 mm＋45.0×0.01 mm＝2.450 mm。
(2)由于电压表示数变化更明显，说明电流表分压较多，因此电流表应采用外接法，即测量铅笔芯电阻时应将K掷到1端。
(3)根据题图丙的I U图像，结合欧姆定律有RY＝ Ω≈1.92 Ω。
(4)根据电阻定律R＝ρ，
可得ρ＝，
两种材料的横截面积近似相等，分别代入数据可知ρX>ρY。
答案：(1)2.450 (2)1 (3)1.92(1.90～1.94均可) (4)大于
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