2020-2021学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册课件：11.3 第2课时 实验2 金属丝电阻率的测量30 张PPT

实验2　金属丝电阻率的测量
第十一章 3　实验：导体电阻率的测量
1.掌握测量金属丝电阻率的实验原理和方法.
2.了解伏安法测电阻的思路及实验数据的处理方法.
学习目标
技能储备
精析典题
随堂演练
内容索引
NEIRONGSUOYIN
一、实验思路
设计实验电路，如图1，取一段金属电阻丝连接到电路中，测出电阻丝
的 、 和直径d(S＝____)，由R＝ 得：ρ＝____(用R、S、l表示)＝_____(用R、d、l表示)，
从而计算出该电阻丝所用材料的电阻率.
技能储备
电阻R
长度l
图1
二、物理量的测量
1.电阻的测量
根据伏安法测电阻的思想：用电压表测电阻丝两端的电压，用电流表测电阻丝中的电流，读出多组电压、电流值，通过U－I图像求R.
2.电阻丝有效长度的测量
用 测量电阻丝 的有效长度l.反复测量多次，得到有效长度的平均值.
刻度尺
接入电路
3.电阻丝直径的测量
电阻丝比较细，所以我们选取 或 来测量电阻丝的
直径d.在不同位置测量三次，根据S＝_____计算出电阻丝的横截面积S.
螺旋测微器
游标卡尺
三、数据分析
1.数据处理
(1)公式法求电阻：测量多组 、 值，求出对应的电阻后取平均值，不能对电流、电压取平均值.
(2)图像法求电阻：作出U－I图像，由图像的 求出电阻值，在设定标度时要尽量使各点间的距离拉大一些，连线时要让各点均匀分布在直线的两侧，个别偏离较远的点可以不予考虑.
电流
电压
斜率
2.误差分析
(1)电阻丝通电时温度升高，使所测电阻率比常温下电阻率略大.
(2)电阻丝长度及电阻丝直径测量不准确.
(3)采用电流表外接法测量电阻丝的电阻，使测量值比真实值小.
一、实验原理和操作
例1 (2019·北京清华附中高二上期中)在“测定金属丝的电阻率”的实验中：
(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径，其示数如图2甲所示，则该金属丝直径的测量值d＝_______________________ mm.
精析典题
解析　螺旋测微器固定刻度示数为零，可动刻度示数为38.4×0.01 mm＝0.384 mm，故d＝0.384 mm.
0.384(0.383～0.385均可)
图2
(2)按如图乙所示的电路图测量金属丝的电阻Rx(阻值约为15 Ω).实验中除开关、若干导线之外还提供下列器材：
电压表V(量程0～3 V，内阻约3 kΩ)；
电流表A1(量程0～200 mA，内阻约3 Ω)；
电流表A2(量程0～3 A，内阻约0.1 Ω)；
滑动变阻器R1(0～50 Ω)；
滑动变阻器R2(0～200 Ω)；
电源E(3 V，内阻不计).
为了调节方便，测量准确，实验中电流表应选_____，滑动变阻器应选____.(填器材的名称符号)
A1
R1
(3)请根据如图乙所示电路图，用笔画线代替导线将图3中的实验器材连接起来，并使滑动变阻器的滑片P置于b端时接通电路后的电流最小.
答案　见解析图
图3
解析　接法如图所示.
(4)若通过测量可知，金属丝的长度为l，直径为d，通过金属丝的电流为I，
对应金属丝两端的电压为U，由此可计算得出金属丝的电阻率ρ＝______.
(用题目所给字母和通用数学符号表示)
二、实验数据处理
例2 在“测定金属丝的电阻率”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50 cm.
(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4所示，其读数应为_______________________ mm(该值接近多次测量的平均值).
0.398(0.397～0.399均正确)
图4
解析　螺旋测微器的读数为0 mm＋39.8×0.01 mm＝0.398 mm.
(2)用伏安法测金属丝的电阻Rx.实验所用器材为电池组(3 V)、电流表(内阻约0.1 Ω)、电压表(内阻约3 kΩ)、滑动变阻器R(0～20 Ω，额定电流2 A)、开关、导线若干.
某小组同学利用以上器材按照图5正确连接好电路，进行实验测量，记录数据如下：
图5
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)图6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置于滑动变阻器的一端.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.
答案　见解析图
图6
解析　实物图如图甲所示
(4)这个小组的同学在坐标纸上建立U－I坐标系，如图7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).
答案　见解析图
图7
4.4(4.3～4.7均可)
解析　图线应过原点，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，明显偏离的点应舍去，如图乙所示.
图线的斜率表示金属丝的电阻，因此金属丝的电阻值Rx≈4.4 Ω.
(5)根据以上数据可以估算出金属丝电阻率约为________.
A.1×10－2 Ω·m B.1×10－3 Ω·m
C.1×10－6 Ω·m D.1×10－8 Ω·m
C
1.为了精确测量合金丝的电阻Rx，设计出了如图8甲所示的实验电路图，按照该电路图完成图乙中的实物图连接.
答案　见解析图
1
2
3
随堂演练
图8
解析　将电表接入电路时注意电流要从正接线柱流入，连接图如图所示.
1
2
3
2.(2020·西南大学附中期末)某同学在测量一种均匀新材料电阻丝的电阻率，已知待测电阻Rx约为6.0 Ω，相关测量步骤如下：
(1)用刻度尺测量电阻丝接入电路的有效长度为l＝0.900 0 m.
(2)用螺旋测微器测量电阻丝直径(如图9所示)，
从图中读出电阻丝的直径为________ mm.
1
2
3
0.600
图9
解析　螺旋测微器的读数为d＝0.5 mm＋10.0×0.01 mm＝0.600 mm.
(3)现要进一步精确测量其阻值，实验室提供了以下相关器材(要求测量结果尽量准确)：
A.电池组(3 V，内阻约1 Ω)
B.电流表(0～3 A，内阻约0.025 Ω)
C.电流表(0～0.6 A，内阻约0.125 Ω)
D.电压表(0～3 V，内阻约3 kΩ)
E.电压表(0～15 V，内阻约15 kΩ)
F.滑动变阻器(0～20 Ω，额定电流1 A)
G.滑动变阻器(0～1 000 Ω，额定电流0.3 A)
H.开关，导线
实验时应选用的器材是____________.(填写各器材的字母代号)
1
2
3
ACDFH
解析　需要电源，故选用A；
因待测电阻约6 Ω，可知实验过程中电流较小，故选用电流表C；
电源提供3 V电压，故选用电压表D；
为了方便操作，选用阻值较小的滑动变阻器，故选用F；
连接电路需要导线和开关，故选择H.
1
2
3
3.在“探究电阻与导体长度、横截面积的关系”的实验中，用刻度尺测量金属丝直径时的刻度位置如图10所示，金属丝的匝数为39，用刻度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，然后用控制变量法探究电阻与导体长度、横截面积的关系.
(1)从图中得出金属丝的直径为______________________mm.
1
2
3
图10
0.646(0.644～0.649均可)
1
2
3
(2)为此取来两节新的干电池、开关和若干导线及下列器材：
A.电压表0～3 V，内阻约10 kΩ
B.电压表0～15 V，内阻约50 kΩ
C.电流表0～0.6 A，内阻约0.05 Ω
D.电流表0～3 A，内阻约0.01 Ω
E.滑动变阻器，0～10 Ω
F.滑动变阻器，0～100 Ω
①要求较准确地测出其阻值，电压表应选____，电流表应选___，滑动变阻器应选_____.(填序号)
1
2
3
A
C
E
解析　因为两节干电池的电动势约为3 V，电压表选A；
因为金属丝的电阻大约为5 Ω，如果把3 V的电动势全加在金属丝上，电流最大为0.6 A，故电流表选C；
此题中金属丝的电阻大约为5 Ω，为了减小实验误差，滑动变阻器选E.
1
2
3
②实验中某同学的实物接线如图11所示，请指出该同学实物接线中的两处明显错误.
错误a：________________________________；
错误b：_______________________.
1
2
3
图11
导线连接在滑动变阻器的滑片上　
采用了电流表内接法
本课结束