第十一章 第3节实验：导体电阻率的测量--人教版高中物理必修第三册教学课件(共43张PPT)

(共43张PPT)
第3节 实验：导体电阻率的测量
第十一章 电路及其应用
物理
学习目标
①通过对游标卡尺和螺旋测微器测量原理的分析，学会游标卡尺和螺旋测微器的读数方法并会使用其测量长度。
②通过对实验目的和原理的学习，明确电路的连接方式，并会分析不同接法对应的误差情况。
③通过分组实验，明确实验步骤，利用伏安法测电阻,进而测出金属丝的电阻率。
学习重难点
重点：
1.游标卡尺和螺旋测微器的读数。
2.伏安法测电阻电路的选择。
难点：
设计实验电路和连线实物电路。
新课引入
现在想知道白纸的厚度和细铜丝的直径，该怎么测量呢？能否用我们的刻度尺完成这些测量？
讲授新课
实验1 长度的测量及测量工具的选用
（一）游标卡尺
内测量爪
紧固螺钉
游标尺
主尺
深度尺
外测量爪
1.构造：
2.用途:测量厚度、长度、内径、外径。
3.原理:是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来提高测量精度的。
4.精度：不管游标尺上有多少个小等分刻度,它的刻度部分的总长度比主尺上的同数量的小等分刻度少1 mm。常见的游标卡尺有10分度、20分度和50分度三种。
刻度格 数(分度) 刻度总长度 每小格与1mm的差值 精确度(可准确到)
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
讲授新课
分度：看标尺分为多少个小格，不看数字。
20分度尺
50分度尺
0
10
标尺
主尺
cm
3
2
10分度尺
讲授新课
讲授新课
5.读数
①先读主尺：
找到标尺零刻度的左边第一根主尺线，读得2.3cm。
为了方便计算统一换算为23mm。
0
10
标尺
主尺
cm
3
2
讲授新课
0
10
标尺
主尺
cm
3
2
②再读标尺刻度:
找到标尺与主尺对齐的刻度线前的格数。
现在读得第七条对齐（0刻度线除外），及7个格
记为：
0.1mm×7=0.7mm
讲授新课
③把主尺读数与标尺读数相加：
0
10
标尺
主尺
cm
3
2
讲授新课
主尺读数（mm）+格数×精度
被测物体长度=
找到标尺零刻度的左边第一根主尺线。（单位mm）
找到标尺与主尺对齐的刻度线（0刻度除外）前的格数。
比如本题标尺分为10小格
小结游标卡尺读数方法：
注：①游标卡尺不估读
②读主尺时，需读与游标尺0刻线以左的整毫米数，不要读成机械末端。
1.以下是游标卡尺,请写出各自的读数。
答案:11.4 mm
答案:22.6 mm
讲授新课
讲授新课
实验1 长度的测量及测量工具的选用
（二）螺旋测微器
1.构造：
G是锁紧装置,螺旋测微器的测砧A和固定刻度B固定在尺架C上,可动刻度E、旋钮D、微调旋钮D1是与测微螺杆F连在一起的
A F
C
B E
D D1
G
讲授新课
2.原理：
可动刻度H上的刻度为50等份，每旋转一周，螺杆前进或后退0.5 mm，可动刻度每转过一等份，螺杆前进或后退0.01 mm，则螺旋测微器的精确度为0.01 mm。
3.读数
测量时被测物体长度的整毫米数由固定刻度读出，小数部分由可动刻度读出。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)。
讲授新课
螺旋测微器的读数原理：
固定刻度：
每刻度为1毫米
可动刻度
半刻度
轴线
（1）先认识刻度
①先读固定刻度：
找到可动刻度左边第一根固定刻度线（注意半刻度线有没有出来），读得6.5mm。
（2）如何读数
如果半刻度线没有出来那就是6.0mm。
讲授新课
固定刻度：
每刻度为1毫米
可动刻度
半刻度
轴线
②再读可动刻度:
找到轴线与可动刻度对齐的地方，读数从下面起且要估读。
现在读得22.5。
记为：22.5×0.01=0.225mm
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固定刻度：
每刻度为1毫米
可动刻度
半刻度
轴线
③把固定刻度读数与可动刻度读数相加：
6.5mm+0.225mm=6.725mm
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固定刻度：
每刻度为1毫米
可动刻度
半刻度
轴线
固定刻度读数（mm）+可动刻度读数（估读一位）×0.01mm
被测物体长度=
找到固定刻度最靠近可动刻度的线（注意半刻度线）（单位mm）
找到轴线与可动刻度对齐的地方，没有对齐的线所以要估读。（从下面读起）
小结螺旋测微器读数方法：
讲授新课
以下是螺旋测微器,请写出各自的读数。
答案:0.482 mm
答案:3.373 mm
答案:0.990 mm
讲授新课
讲授新课
游标卡尺是利用主尺的单位刻度（1mm）与游标尺的单位刻度之间固定的微量差值来提高测量精度的。常用的游标卡尺有10分度、20分度和50分度三种。游标尺上标的并不刻线的条数，而是小数部分读数的数字。如图所示如果把它两当成10分度的游标卡尺那就错了。所以游标卡尺的分度值要看游标尺上的刻度的条数。
3.游标卡尺的分度
实验2 金属丝电阻率的测量
讲授新课
一、伏安法测电阻
（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
R
A
V
R
注：因为电流表、电压表分别有分压、分流作用,因此两种方法测量电阻都有误差。
1.两种测量电路
讲授新课
电流表示数
2.误差分析
①电流表外接法
电压表示数
（1）误差：测量值偏小
减少误差的方法：误差来源于电压表的分流，分流越小，误差越小。测量小电阻，即情况 下使用
<
A
V
R
讲授新课
（2）外接法的真实值的计算方法
（1）测量值的计算方法：
（2）真实值的计算方法：将电流表、电压表看成电阻(RV已知时)，利用欧姆定律计算。
A
V
R
讲授新课
②电流表内接法
电压表示数
电流表示数
（1）误差：测量值偏大
减少误差的方法：误差来源于电流表的分压，分压越少，误差越小。测量大电阻，即 情况下适用。
A
V
R
>
讲授新课
（2）内接法的真实值计算
（1）测量值的计算方法：
（2）真实值的计算方法：将电流表、电压表看成电阻（RA已知时），利用欧姆定律计算。
A
V
R
讲授新课
3.电路选择
当
时，选用电流表内接法。
时，选用电流表外接法。
当
①直接比较法：当Ｒx Ｒv时，采用外接法
　　　　　　　当Ｒx ＲA时，采用内接法
②阻值比值法
③临界值比较法:
当Rx<时,用电流表外接法;
当Rx>时,用电流表内接法。
讲授新课
④试探法：
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
实验2 金属丝电阻率的测量
讲授新课
二、 滑动变阻器
A
B
D
C
P
A、B是绕在绝缘棒上的电阻丝两个端点，C、D是金属杆的两个端点。电阻丝上能够与滑片P接触的地方，绝缘漆已被刮去，使滑片P能把金属杆与电阻丝连接起来。
滑动变阻器的结构
讲授新课
此滑动变阻器滑片向右移动时，电阻值如何变化？
有效电阻
增大
思考
讲授新课
滑动变阻器的两种连接方式
RX
RX
讲授新课
分压接法的优点是：电压变化范围大，附加功率损耗较大。
限流接法的优点是：电路连接简便， 附加功率损耗较小。
当负载电阻Rx 较小，变阻器总阻值R 较大(是Rx 的几倍)时限流接法对电流、电压控制作用显著，一般用限流接法。
当负载电阻Rx 较大（是R 的几倍）时，变阻器总阻值R 较小，限流接法对电压的调控作用不明显，一般选分压接法。
当要求电压从0变起，一定用分压接法。
当要求电压变化范围尽可能大，一定用分压接法。
分压接法与限流接法的比较
讲授新课
下列情况必须采用分压式
①若要求负载的电压（或电流）从“零”开始变化，或要求“尽量大”的调节范围，测多组数据
②若变阻器的最大值比用电器电阻小许多。
③若用限流法无法控制电路，如超过了电表的量程等。
实验2 金属丝电阻率的测量
讲授新课
1、实验原理：由 得 ，只要分别测出一段金属丝的电阻R、横截面积S，及有效长度L即可。
2、实验原理图：
(1)电流表采用内接法还是外接法？
(2)滑动变阻器采用限流接法还是分压接法？
三、金属丝电阻率的测量
讲授新课
3、实验步骤
(1)用螺旋测微器在被测金属丝上的三个不同位置各测一次直径，求出其平均值d。
(2)用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属丝的有效长度，反复测量三次，求出其平均值l。
(3)连接电路，运用伏安法测定接入电路中金属丝的电阻。
(4)将测得的Rx、l、d 值，代入公式 和 计算电阻率。
讲授新课
4、注意事项：
(1)测量直径时，需要在接入电路的金属丝三个不同位置测量，取平均值。
(2)测量金属丝长度，注意测量接入电路的金属丝长度，即有效长度，并且读数要注意估读。
(3)测量金属丝电阻时，注意控制电流不宜太大与通电时间不宜过长，避免由于温度升高引起电阻率变大。
讲授新课
5、数据处理
导线的横截面积S=　　　　　(公式)=　　　　　(代入数据)=　　　　　　m2。
所测金属的电阻率ρ=　　　　　　(公式)=　　　　(代入数据)=　　　Ω·m。
课堂练习
【例题1】




在做“金属丝电阻率的测量”的实验时,需要对金属丝的电阻进行测量,已知金属丝的电阻值Rx约为20 Ω。一位同学用伏安法对这个电阻的阻值进行了比较精确的测量,这位同学想使被测电阻Rx两端的电压变化范围尽可能大。他可选用的器材有:
直流电源,电压为8 V;
电流表A(量程0.6 A,内阻约为0.50 Ω);
电压表V(量程10 V,内阻约为10 kΩ);
滑动变阻器R(最大电阻值为5.0 Ω);
开关一个,导线若干。
(1)根据上述条件,测量时电流表应采用　　　　　。(填“外接法”或“内接法”)
(2)在方框内画出实验电路图。
(3)若在上述实验中,电流表的示数为I,电压表的示数为U,且电流表内阻RA与电压表内阻RV均为已知量,用测量物理量和电表内阻计算金属丝电阻的表达式Rx=　　　　　。
【变式训练1】
在“测定金属的电阻率”实验中，下列关于误差的说法不正确的是（ ）　
A. 电流表采用外接法，将会使ρ测＜ρ真
B. 电流表采用外接法，由于电压表的并联引起了电阻丝分压的减小而引起测量误差
C. 由ρ＝ 可知，I、d、U、L中每一个物理量的测量都会引起ρ的误差
D. 由ρ＝可知，对实验结果准确性影响最大的是直径d的测量
B
课堂练习
B
课堂练习
解析:
(1)待测电阻约为20 Ω,是电流表内阻的40倍,但电压表内阻是待测电阻的500倍,故电阻Rx为小电阻,采用外接法。
(2)因为要使Rx两端的电压变化范围尽可能的大,所以滑动变阻器要采用分压式,电路图如图所示。
课堂小结
问题思考
请静思，本节课我们都学习了哪些知识？还有哪些内容是你尚未明白的？（3min）
本节课学习了游标卡尺和螺旋测微器的原理及读数方法、测量金属电阻率原理等。
完成课本课后习题和学案。
布置作业
谢谢大家