3.6 科学测量：金属丝的电阻率—山东省济南外国语学校鲁科版（2019）高中物理必修三课件 (共43张PPT)

(共43张PPT)
第3章
恒定电流
第6节
科学测量
金属丝的电阻率
1、方法：
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
伏安法
一、电阻的测量
2、两种电路
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”
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．
②系统误差：由于实验原理、实验方法、仪器精度问题引起的测量误差
①偶然误差：
由于环境偶然因素、人为偶然因素引起的测量误差
例如：长度测量的读数误差，电流表读数的误差等
例如：伏安法测电阻的误差
特点：测量值与真实值相比有时偏大有时偏小
减少偶然误差的方法：
多次测量，取平均值
特点：测量值与真实值相比总是偏大或总是偏小
减少系统误差的方法：
完善实验原理、改进实验方法、提高仪器精度
3、误差
电流表示数
4、误差分析
（1）电流表外接法
电压表示数
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
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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。
（2）电流表内接法
电压表示数
电流表示数
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。
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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。
5、电路选择
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
滑动变阻器两种接法
1、两种接法的优缺点:
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。
②分压接法：
优点:电压或电流能从0变起；调节范围大。
缺点：电路结构复杂；操作不方便；耗能多。
2、两种接法的选择：
①以下3种情况下必须用分压接法：A.当要求电压或电流从0变起时，B.当待测电阻的阻值远大于滑动变阻器的总阻值时，C.当采用限流接法，无论怎样调节都不能保证电路的安全时
②当两种接法均可时，一般采用限流接法。
3、滑动变阻器的选择：
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。
器材选择与电路设计
一、器材选择的原则
1、安全性原则：例如电压表与电流表不能超过量程。
2、精确性原则：例如电压表与电流表的指针偏角不能过小，应使其指针偏角不小于满偏的1/3.
3、方便性原则
4、经济性原则
二、电路设计
1、电流表的内外接法
2、滑动变阻器的接法
科学测量：金属丝电阻率
一、实验目的
学会用伏安法测量电阻的阻值,测定金属丝的电阻率。
二、实验原理
1.测定金属电阻率
(1)把金属丝接入电路中,用伏安法测金属丝的电阻
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。
四、实验步骤
1.测直径:用螺旋测微器或游标卡尺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: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3次,并记录。
3.连电路:按原理图所示的电路图连接实验电路。
4.求电阻:把滑动变阻器的滑片调节到使电压表为零的位置,电路经检查确认无误后,闭合开关S。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。
五、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。?
【注意事项】
(1)因一般金属丝电阻较小,为了减少实验的系统误差,必须选择电流表外接法。
(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l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。
【实验误差来源及分析】
(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。
?
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例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。
典例透析
(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=　　　　　。?
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。
1:在“金属电阻率的测量”的实验中,被测金属丝的电阻大约为6
Ω。先用刻度尺测出金属丝的长度l,用螺旋测微器测出金属丝的直径d,接着用伏安法测出金属丝两端的电压U和通过金属丝的电流I,计算出它的电阻,再根据电阻定律计算出该金属材料的电阻率。
在用伏安法测定金属丝的电阻时,除被测的电阻丝外,还有如下供选择的实验器材:
直流电源E,电压为4.5
V;
电流表A1(量程0~0.6
A,内阻为0.125
Ω);
电流表A2(量程0~3
A,内阻为0.025
Ω);
电压表V1(量程0~3
V,内阻为3
kΩ);
电压表V2(量程0~15
V,内阻为15
kΩ);
课
堂
训
练
滑动变阻器R1(最大阻值10
Ω,允许通过的最大电流为0.2
A);
滑动变阻器R2(最大阻值20
Ω,允许通过的最大电流为1.0
A);
开关、导线等。
要求有较高的测量精度,并能测得多组数据。
(1)在可供选择的器材中,应该选用的电流表是　　　　　,应选用的电压表是　　　　　,应该选用的滑动变阻器是　　　　　。?
(2)根据所选的器材,在如图所示的虚线框中画出实验电路图。
(3)写出用测得的物理量表示的计算电阻率的表达式(用字母表示):ρ=　　　　　。?
解析:(1)由实验器材知直流电源电压约为4.5
V,实验用的金属丝电阻约为6
Ω,干路中的最大电流大约只有0.75
A,故电流表选A1,电压表选V1,滑动变阻器R1的最大电流0.2
A太小,影响测量的范围,所以滑动变阻器选R2。
2：用伏安法测量某电阻Rx的阻值,现有实验器材如下:
A.待测电阻Rx:范围在5~8
Ω,额定电流0.45
A
B.电流表A1:量程0~0.6
A(内阻0.2
Ω)
C.电流表A2:量程0~3
A(内阻0.05
Ω)
D.电压表V1:量程0~3
V(内阻3
kΩ)
E.电压表V2:量程0~15
V(内阻15
kΩ)
F.滑动变阻器R:0~100
Ω
G.直流电源,电压为12
V
H.导线,开关
为了较准确地测量,并保证器材安全,电流表应选　　　　,电压表应选　　　　,并画出电路图。?
答案:A1　V1　电路见解析
3.在“测定金属的电阻率”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50cm.
(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径，其中某一次
测量结果如图所示，其读数应为________mm
(该值接近多次测量的平均值)．
(2)用伏安法测金属丝的电阻Rx.实验所用器材为电池组(电动势3V，内阻约1Ω)、电流表(内阻约0.1Ω)、电压表(内阻约3kΩ)、滑动变阻器R(0～20Ω，额定电流2A)、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：
由以上实验数据可知，他们测量Rx是采用图中的________图(选填“甲”或“乙”)．
次数
1
2
3
4
5
6
7
U/V
0.10
0.30
0.70
1.00
1.50
1.70
2.30
I/A
0.020
0.060
0.160
0.220
0.340
0.460
0.520
(3)下图是测量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)所选的电路图，
补充完成图中实物间的连线，并使闭合开
关的瞬间，电压表或电流表不至于被烧坏．
(4)这个小组的同学在坐标纸上建立U、I坐标系，如图
所示，图中已标出了与测量数据对应的4个坐标点．请在图中标出第2、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(保留两位有效数字)．
(5)根据以上数据可以估算出金属丝电阻率约为______(填选项前的符号)．
A．1×10－2Ω·m
B．1×10－3Ω·m
C．1×10－6Ω·m
D．1×10－8Ω·m
【解析】(1)螺旋测微器的读数为0
mm＋39.8×0.01
mm＝0.398
mm.
(2)由实验记录的数据可知Rx的阻值大约为5
Ω.由题知Rx?RV，故电流表?外接．若滑动变阻器接为限流式接法，则Rx两端的电压最小值
，而从实验数据可知Rx两端电压为0.10
V，因此滑动变阻器应采用分压式接法．
(3)如图甲所示
甲
(4)选尽可能多的点连成一条直线，不在直线上的点均匀分布在直线两侧，如图所示．
4.在“决定导线电阻的因素”的实验中测定金属的电阻率,若待测金属丝的电阻约为5
Ω,要求测量结果尽量准确,提供以下器材:
A.电池组(3
V,内阻为1
Ω)
B.电流表(0~3
A,内阻为0.0125
Ω)
C.电流表(0~0.6
A,内阻为0.125
Ω)
D.电压表(0~3
V,内阻为4
kΩ)
E.电压表(0~15
V,内阻为15
kΩ)
F.滑动变阻器(0~20
Ω,允许通过的最大电流为1
A)
G.滑动变阻器(0~2000
Ω,允许通过的最大电流为0.3
A)
H.开关、导线若干
(1)实验时应从上述器材中选用　　　　　　　　(选填仪器前的字母代号)。?
(2)测电阻时,电流表、电压表、待测金属丝Rx在组成测量电路时,应采用电流
表　　　　(选填“外”或“内”)接法,待测金属丝电阻的测量值比真实值偏
　　　　(选填“大”或“小”)。?
(3)若用螺旋测微器测得金属丝的直径d的读数如图所示,
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
率的表达式为ρ=　　　。?
5.某同学在一次“测定金属的电阻率”的实验中，用毫米刻度尺测出接入
电路部分的金属丝长度为l＝0.720m，用螺旋测微器测出金属丝直径(刻度
位置如图所示)，用伏安法测出金属丝的电阻(阻值约为5Ω)，然后计算出
该金属材料的电阻率．在用伏安法测定金属丝的电阻时，除被测金属丝外，
还有如下实验器材：
A．直流电源(输出电压为3V)
B．电流表A(量程0～0.6A，内阻约0.125Ω)
C．电压表V(量程0～3V，内阻3kΩ)
D．滑动变阻器(最大阻值20Ω)
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＝4.0Ω，则这种
金属材料的电阻率为________Ω·m(计算结果保留两位有效数字)．
【答案】　(1)0.600　(2)如图所示
(3)1.6×10－6