11.3实验导体电阻率的测量 学案 Word版含答案

第3节　实验:导体电阻率的测量
学习目标
1.学会游标卡尺和螺旋测微器的使用方法和读数方法。
2.学习电流表、电压表和滑动变阻器的电路连接使用方法。
3.学会利用伏安法测电阻,进一步测出金属丝的电阻率。
自主预习
一、长度的测量及测量工具的选用
1.游标卡尺的构造:　　　、　　　、　　　、　　　、　　、　　　。?
2.游标卡尺的精度:10分度:　　　　 mm、20分度　　　 mm、50分度:　　　 mm。?
3.螺旋测微器的构造。
4.螺旋测微器中可动尺上有　　个格,可动尺转一周,前进或后退　　　 mm。?
5.螺旋测微器的精度　　　 mm。?
二、测量金属丝的电阻率
1.电阻的测量方法?
2.电阻丝有效长度的测量方法?
3.如何测电阻丝的直径?
课堂探究
实验1　长度的测量及测量工具的选用
一、游标卡尺
1.精度
(1)展示课件上的三种不同分度的游标卡尺,三种游标卡尺的游标尺的长度是多少?
(2)每个小格与1 mm的差值是多少?完成下表
刻度格数 (分度) 刻度总
长度 每小格与
1 mm的差值 精确度
(可准确到)
10 9 mm 0.1 mm 　　mm?
20 　　mm? 　　mm? 　　mm?
50 　　mm? 0.02 mm 　　mm?
　　2.读数
以10分度为例讲解
被测物体长度=主尺读数(mm)+格数×精度(mm)
注:①游标卡尺不估读。
②读主尺时,需读游标尺0刻线以左的整毫米数,不要读成机械末端。
③读数时要先确定游标卡尺的分度。
二、螺旋测微器
1.精度
观察手中的螺旋测微器,完成下列填空。
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　　　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。读数时估读到毫米的千分位上,因此,螺旋测微器又叫千分尺。?
2.读数
测量时被测物体长度的整数毫米数由固定刻度读出,小数部分由可动刻度读出。
被测物体长度=主尺读数(mm)+标尺读数(估读一位)×0.01 mm
注:读数时注意半毫米刻度线是否露出。
实验2　测量金属丝的电阻率
1.小组交流讨论:要想测得金属丝的电阻率需要测哪些物理量?如何测得?
2.伏安法测电阻
(1)小组讨论画出伏安法测电阻的电路图,观察电流表的位置。
(2)两种连接方式的讨论
①电流表外接法:U测　　U真,I测　　I真,则R测　　R真?
因为电压表的　　作用,因此分流越小,误差越小。测量　　电阻,即R　　RV情况下使用。?
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。
R测=R并==
②电流表内接法:U测　　U真,I测　　I真,则R测　R真。?
因为电流表的　　　作用,分压越少,误差越小。测量　　电阻,即R　　RA情况下适用。?
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。
R测=RA+R真
3.滑动变阻器
(1)结构:
A、B是绕在绝缘棒上的电阻丝两个接线柱,C、D是金属杆的两个接线柱。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。
(2)连接方式如下:
[交流讨论]两种连接方式Rx两端电压的变化范围?
结论:必须用分压电路的几种情况。
4.设计测金属丝电阻率的实验电路
(1)电流表采用　　接法,滑动变阻器采用　　　式。?
(2)画出电路图。
5.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ρ=和S=计算电阻率。
6.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。
7.数据处理
测量次数 1 2 3 平均值
导线长l/m



导线直径d/m



　　导线的横截面积S=　　　　　(公式)=　　　　(代入数据)=　　　　　m2。?
测量次数 1 2 3 电阻平均值
电压U/V



电流I/A



电阻R/Ω



　　所测金属的电阻率ρ=　　　　(公式)=　　　　(代入数据)=　　　　Ω·m。?
[例题展示]
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=　　　　　。?
课堂练习
1.以下是游标卡尺,请写出各自的读数。
(1)
(2)
2.以下是螺旋测微器,请写出各自的读数。
(1)　　　(2)　　　(3)
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。
(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
　　(3)已知图乙中R2与R1是材料相同、厚度相等、表面为正方形的两导体,R2的边长是R1的,若测R2的阻值,则最优的连线应选　　　　(填选项)。?
A.①连接a,②连接c
B.①连接a,②连接d
C.①连接b,②连接c
D.①连接b,②连接d
课后练习
1.用50分度的游标卡尺测定某圆筒的内径时,卡尺上的示数如图所示,可读出圆筒的内径为　　　　 mm。?
2.测量圆柱体的高度时,游标卡尺示数如图所示,则圆柱体的高H为　　　　　 mm。?
3.测量一钢笔帽的内径时,游标卡尺示数如图所示,该钢笔帽的内径为　　　 mm。?
4.如图所示是用螺旋测微器测量一小钢球的直径,此读数应是　　　　。?
5.某同学用螺旋测微器测量一金属丝的直径,螺旋测微器的示数如图所示。该金属丝直径的测量值为　　　　。?
6.(多选)在“测量金属的电阻率”的实验中,以下操作错误的是(　　)
A.用刻度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
7.在“测量金属的电阻率”的实验中,
(1)某同学用螺旋测微器测金属丝直径时,测得结果如图甲所示,则该金属丝的直径为　　　　 mm。?
(2)用量程为3 V的电压表和量程为0.6 A的电流表测金属丝的电压和电流时的读数如图乙所示,则电压表的读数为　　　　 V,电流表的读数为　　　　 A。?
(3)用刻度尺测量金属丝的长度L=0.810 m。利用以上测量数据,可得这种材料的电阻率为　　　　 Ω·m(保留两位有效数字)。?
8.在“测量金属丝的电阻率”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)
参考答案
　　自主预习
一、1.主尺　游标尺　外测量爪　内测量爪　深度尺　紧固螺钉
2.0.1　0.05　0.02
4.50　0.5
5.0.01
二、1.伏安法　2.刻度尺测量　3.缠绕法
课堂探究
实验1
一、(1)略　(2)0.1　19　0.05　0.05　49　0.02
二、1.0.5　0.5　50　0.01　0.01
实验2
1.R:伏安法　l:刻度尺测量　S:缠绕法
2.(1)
(2)①=　>　<　分流　小　?
②>　=　>　分压　大　?
3.(2)限流式:U~U　分压式:0~U
结论: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。
4.(1)外　分压
(2)
7.略
【例题展示】
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。
(3)电压表分得的电流为IV=
所以,Rx中的电流
Ix=I-IV=I-
则Rx===
答案:(1)外接法　(2)见解析图　(3)
课堂练习
1.(1)11.4 mm　(2)22.6 mm
2.(1)0.482 mm　(2)3.373 mm　(3)0.990 mm
3.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图线如图所示,图线的斜率即为电阻R1的大小,由图像可知,R1=4.6 Ω。
(3)设R1的边长为l,厚度为h,电阻率为ρ,根据电阻定律,得R1=ρ=,R2的阻值R2=ρ==R1,故测量R2的电路同测量R1的电路,故选项B正确。
答案:(1)a　d　(2)作图见解析,4.6(4.4~4.7均可)　(3)B
课后练习
1.52.12　2.23.7　3.11.30
4.8.600 mm　5.2.792 mm
6.AC
7.解析:(1)螺旋测微器的读数为d=2.5 mm+43.5×0.01 mm=2.935 mm。
(2)因电压表的每小格读数为0.1 V,所以电压表的读数为U=2.6 V;同理,电流表的每小格读数为0.02 A,应估读到0.01 A,所以电流表的读数为I=0.52 A。
(3)根据R=ρ得ρ==,又R=,
联立以上两式,代入数据得ρ=4.2×10-5 Ω·m。
答案:(1)2.935　(2)2.6　0.52　(3)4.2×10-5
8.解析:　(1)金属丝的长度为24.12~24.14 cm
直径读数为0.515~0.518 mm。
(2)采用电流表外接法,由于电压表的内阻不是无穷大,电压表有分流,从而电流表的测量值大于真实值,由R=可知,电阻的测量值小于真实值。
由R=ρ,R=,S=πd2,可得ρ=。
(3)实物连接如图所示。
答案:　(1)24.12~24.14　0.515~0.518　(2)偏小　　(3)见解析图