粤教版（2019）物理必修第三册 3.3 测量金属丝的电阻率 课件(54张ppt）

第三章　恒定电流
第三节　测量金属丝的电阻率
学习目标
学法指导
1.掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法
2．掌握螺旋测微器的使用方法和读数方法
3．学会利用伏安法测电阻，进一步测出金属丝的电阻率
1.利用多媒体或教具，认识并理解游标卡尺及螺旋测微器的测量原理和读数方法
2．通过实验，知道滑动变阻器的工作原理，掌握测量金属丝电阻率的方法，获取、处理数据并能分析误差
知识导图
预习导学 | 新知领悟
一、螺旋测微器的读数
1．原理：测微螺杆F与固定刻度B之间的精密螺纹的螺距为______mm，即旋钮D每旋转一周，F前进或后退______mm，而可动刻度E上的刻度为50等份，每转动一小格，F前进或后退________mm，即螺旋测微器的精确度为______mm.读数时误差出现在毫米的千分位上，因此，螺旋测微器又叫千分尺．
0.5
0.5
0.01
0.01
毫米刻度尺
螺旋测微器
三个不同
2．电路连接：按原理电路图连接电路，用______法测出电阻．
伏安
3．长度测量：用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属导线的__________长度，反复测量3次，求出其平均值l.
4．U、I测量：把滑动变阻器的滑片调节到使接入电路中的电阻值__________，电路经检查确认无误后，闭合开关S，改变滑动变阻器滑动片的位置，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．拆去实物电路，整理好实验器材．
有效
最大
六、误差分析
1．金属丝的横截面积利用直径计算而得出，________的测量是产生误差的主要来源之一．
2．采用伏安法测量金属丝的电阻时，由于采用的是电流表____接法，测量值______真实值，使电阻率的测量值偏______．
3．金属丝的长度测量、电流表和电压表的读数等会带来偶然误差．
4．由于金属丝通电后发热升温，会使金属丝的电阻率变____，造成测量误差．
直径
外
小于
小
大
七、注意事项
1．本实验中被测金属导线的电阻值较小，因此实验电路一般采用电流表外接法．
2．实验连线时，应先从电源的正极出发，依次将电源、开关、电流表、待测金属导线、滑动变阻器连成主干线路，然后再把电压表并联在待测金属导线的两端．
3．测量被测金属导线的有效长度，是指测量待测导线接入电路的两个端点之间的长度，亦即电压表两端点间的待测导线长度，测量时应将导线拉直，反复测量三次，求其平均值．
4．测金属导线直径一定要选三个不同部位进行测量，求其平均值．
5．闭合开关S之前，一定要使滑动变阻器的滑片处在有效电阻值最大的位置．
6．在用伏安法测电阻时，通过待测导线的电流强度I不宜过大(电流表用0～0.6 A量程)，通电时间不宜过长，以免金属导线的温度明显升高，造成其电阻率在实验过程中逐渐增大．
多维课堂 | 素养初培
一、读数方法
1．先读固定刻度．
2．再读半刻度，若半刻度线已露出，记作 0.5 mm；若半刻度线未露出，记作 0.0 mm.
3．再读可动刻度(注意估读)．记作 n×0.01 mm.
4．最终读数结果为固定刻度＋半刻度＋可动刻度＋估读．
螺旋测微器的读数方法
二、注意事项
(1)测量时，注意要在测微螺杆快靠近被测物体时应停止使用旋钮，而改用微调旋钮，避免产生过大的压力，既可使测量结果精确，又能保护螺旋测微器．
(2)在读数时，要注意固定刻度尺上表示半毫米的刻线是否已经露出．
(3)读数时，千分位有一位估读数字，不能省略，即使固定刻度的零点正好与可动刻度的某一刻度线对齐，千分位上也应读取为“0”，见精例1.
精例1　使用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图所示，则金属丝的直径是________mm.
【答案】2.140(2.139～2.141均可)
【解析】固定刻度示数为2.0 mm，不足半毫米的从可动刻度上读，其示数为14.0，最后的读数：2.0 mm＋14.0×0.01 mm＝2.140 mm.
变式1　某同学用螺旋测微器测量一条金属丝的直径时，螺旋测微器的读数如图所示．可知该金属丝的直径d＝________mm.
【答案】0.900
【解析】螺旋测微器的固定刻度为0.5 mm，可动刻度为40.0×0.01 mm＝0.400 mm，所以最终读数为0.5 mm＋0.400 mm＝0.900 mm.
精例2　在做“测定金属电阻率”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的大．他可选用的器材有：
电源E：电动势为8 V，内阻为1.0 Ω；
电流表A：量程0.6 A，内阻约为0.50 Ω；
实验原理及操作
电压表V：量程15 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．
【答案】(1)外接法　(2)见解析图
【解析】(1)金属丝电阻小，电流表用外接法．
(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．
变式2　在“测定金属丝电阻率”的实验中，某同学进行了如下测量：
(1)用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属丝的有效长度．测量3次，求出其平均值l.其中一次测量结果如图甲所示，金属丝的另一端与刻度尺的零刻线对齐，图中读数为______cm.用螺旋测微器测量金属丝的直径，选不同的位置测量3次，求出其平均值D．其中一次测量结果如图乙所示，图中读数为______mm.
(2)采用如图所示的电路测量金属丝的电阻．电阻的测量值比真实值________(填“偏大”或“偏小”)．最后由公式ρ＝________计算出金属丝的电阻率(用直接测量的物理量表示)．
(3)请你根据电路图在实物图中进行实物连线．(电流表选0.6 A量程，电压表选3 V量程)
(3)实物连接如图所示．
　实验的注意事项
1．本实验中被测金属丝的电阻值较小，因此实验电路必须用电流表外接法．
2．连线时，应先从电源的正极出发，依次将电源、开关、电流表、待测金属丝、滑动变阻器连成主干线路(闭合电路)，然后再把电压表并联在待测金属丝的两端．
3．测量金属丝的有效长度，是指待测导线接入电路的两个端点之间的长度，亦即电压表两端点间的待测金属丝长度，测量时应将金属丝拉直．
4．测金属丝直径一定要选三个不同部位进行测量．
精例3　某同学用伏安法测量导体的电阻，现有量程为3 V、内阻约为3 kΩ的电压表和量程为0.6 A、内阻约为0.1 Ω的电流表．采用分压电路接线，图甲是实物的部分连线图，待测电阻为图乙中的R1，其阻值约为5 Ω.
实验数据处理及误差分析
(1)测R1阻值的最优连接方式为导线①连接______(填“a”或“b”)、导线②连接________(填“c”或“d”)．
(2)正确接线测得实验数据如表，用作图法求得R1的阻值为________Ω.
U/V
0.40
0.80
1.20
1.60
2.00
2.40
I/A
0.09
0.19
0.27
0.35
0.44
0.53
【解析】(1)由于实验测量的是一个小电阻，故电流表应外接，因此导线①接a，由于采用分压电路，故导线②应接d.
(2)根据实验数据作出R1的U-I曲线如图所示，图线的斜率即为电阻R1的大小，由图像可知，R1＝4.6 Ω.
变式3　现在要测量一段电阻丝的电阻率ρ，电阻丝的阻值Rx≈0.5 Ω，允许通过的最大电流为0.5 A．现提供如下器材：
电流表A(量程0.6 A，内阻约0.6 Ω)
电压表V(量程3 V，内阻约3 kΩ)
待测的电阻丝Rx(阻值约为0.5 Ω)
标准电阻R0 (阻值5 Ω)
滑动变阻器R1(5 Ω，2 A)
滑动变阻器R2(200 Ω，1.5 A)
直流电源E(电动势6 V)
开关S、导线若干
(1)下面四位同学分别设计的“测量部分”的电路，你认为合理的是________．
(2)实验中滑动变阻器应该选择________(填“R1”或“R2”)，并采用________接法．
(3)根据你在(1)、(2)中的选择，在图中完成实验电路的连接．
(4)实验中，如果两电表的读数分别为U和I，测得拉直后电阻丝的长度为L，直径为D，则待测电阻丝的电阻率ρ的计算式为ρ＝________.
(5)用螺旋测微器测量待测电阻丝的直径时读数如图所示，则该电阻丝的直径D＝________mm.
(3)根据测量电路图和滑动变阻器的分压式接法，实物连线如图所示．
1．作图像时，应使大多数的点在直线或平滑的曲线上，不在线上的点尽量均匀分布在它们的两侧，误差较大的点舍去不用．
2．偶然误差与系统误差的关系
(1)偶然误差：由于各种偶然因素对实验者、测量仪器、被测物理量的影响而产生的．通过多次测量求平均值(或采用图像法处理数据)可减小偶然误差．
(2)系统误差：由于仪器本身不精密，实验方法粗略或实验原理不完善而产生的．通过校准仪器或改进实验方法和实验设计原理可减小误差．
核心素养微专题
螺旋测微器又称千分尺(micrometer)、螺旋测微仪、分厘卡，是比游标卡尺更精密的测量长度的工具，用它测长度可以准确到0.01 mm，测量范围为几个厘米．它的一部分加工成螺距为0.5 mm的螺纹，当它在固定套管的螺套中转动时，将前进或后退，活动套管和螺杆连成一体，其周长等分成50个分格．螺杆转动的整圈数由固定套管上间隔0.5 mm的刻线去测量，不足一圈的部分由活动套管周边的刻线去测量，最终测量结果需要估读一位小数.
【专练】用螺旋测微器测量其直径如图所示，由图可知其直径为________mm.


【答案】4.700
【解析】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.
课堂小练 | 素养达成
1．(多选)在“测定金属电阻率”的实验中，以下操作中错误的是 (　　)
A．用米尺测量金属丝的全长，且测量三次，算出其平均值，然后再将金属丝接入电路中
B．用螺旋测微器在金属丝三个不同部位各测量一次直径，算出其平均值
C．用伏安法测电阻时，采用电流表内接法，多次测量后算出平均值
D．实验中应保持金属丝的温度不变

【答案】AC
【解析】实验中应测量出金属丝接入电路中的有效长度，而不是全长；金属丝的电阻很小，与电压表内阻相差很大，使金属丝与电压表并联，电压表对它分流作用很小，应采用电流表外接法．故A、C操作错误．
2．(多选)用伏安法测电阻时，为了减小实验误差，将实验器材按图连接，留下一个电压表接线头P，将P分别与a、b两点接触一下，则 (　　)
A．若电流表示数变化显著，P应接在a
B．若电流表示数变化显著，P应接在b
C．若电压表示数变化显著，P应接在b
D．若电压表示数变化显著，P应接在a

【答案】BD
【解析】若电流表示数变化显著，则说明电压表的分流作用明显，为避免电压表分流，则应使用电流表的内接法，故P应接在b，A错误，B正确；若电压表示数变化显著，则说明电压表分压作用明显，则应使用电流表的外接法，故P应接在a，即B、D正确．
3．在“测定金属的电阻率”的实验中，用螺旋测微器测量金属丝直径时的刻度位置如图所示，用米尺测出金属丝的长度L，金属丝的电阻大约为5 Ω，先用伏安法测出金属丝的电阻R，然后根据电阻定律计算出该金属材料的电阻率．
(1)从图中可以读出金属丝的直径为______mm.
(2)现有两节新的干电池、开关和若干导线及下列器材：
A．电压表0～3 V，内阻6 kΩ
B．电压表0～15 V，内阻50 kΩ
C．电流表0～0.6 A，内阻0.05 Ω
D．电流表0～3 A，内阻0.01 Ω
E．滑动变阻器，0～10 Ω
F．滑动变阻器，0～500 Ω
要求较准确地测出其阻值，应选用的器材有______(只填代号)．
【答案】(1)0.680　(2)ACE