11.3实验：导体电阻率的测量课件——2021-2022学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册（25张PPT）

11.3 实验：导体电阻率的测量
毫米刻度尺
毫米刻度尺的最小分度值为 ,最大误差 . 测量时应精确到 mm,估读到 mm.
1mm
0.5mm
1
0.1
【64.9mm】
游标卡尺
主尺：单位是cm，最小分度是1mm
游标尺：10分度、20分度和50分度
精确度：1/10mm（0.1mm）
20分度游标卡尺的原理
主尺的最小分度是1mm,游标尺上有20个小的等分刻度它们的总长等于19mm，因此游标尺的每一分度与主尺的最小分度相差0.05mm,当左右测脚合在一起，游标的零刻度线与主尺的零刻度线重合时，只有游标的第20条刻度线与主尺的19mm刻度线重合,其余的刻度线都不重合。游标的第一条刻度线在主尺的1mm刻度左边0.05mm处，游标的第二条刻度线在主尺的2mm刻度左边0.1mm处，等等。游标的第n条刻度线与主尺的刻度线重合，就是0.05×n毫米
精确度：1/20mm（0.05mm）
50分度游标卡尺
主尺的最小分度是1 mm,游标尺上有50个小的等分刻度它们的总长等于49 mm，因此游标尺的每一分度与主尺的最小分度相差0.02 mm,……
精确度：1/50mm（0.02mm）
（1）构造
测砧A
测微螺杆P
固定刻度G
可动刻度H
框架F
旋钮K
微调旋钮K′
螺旋测微器
（2）原理：精密螺纹的螺距为0.5mm，即D每旋转一周， F前进或后退0.5mm。可动刻度 E上的刻度为50等份，每一小格表示0.01mm。
测量时被测物体长度的整数部分有固定刻度上读出，小数部分由可动刻度E读出（注意要估读一位数）。读数时，特别要注意固定刻度上表示0.5mm 的刻度线是否从“旋转套”边缘露出，避免少读0.5mm。可根据“可动刻度”上“0”的位置来判断：“0”在基准线上方——未露出，“0”在基准线下方——已露出。
（3）螺旋测微器的读数方法：
二、金属丝电阻率的测量
你觉得应该怎样测量电阻率？需要测定哪些物理量？请你说出实验思路。可以用图11.3-7的实验电路做此实验。取一段金属电阻丝连接到实验电路中，只要测出电阻丝的电阻R、长度L和直径 d(S=????????2????4????? )，
就可以计算出该电阻丝所用材料的电阻率，即
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????=????????????=????????2????4????
?
物理量的测量
需要测量金属电阻丝的电阻R、长度1和直径d三个物理量。电阻的测量 按实验电路图连接实物电路。 改变滑动变阻器滑片的位置，读取多组电压、电流值，通过U-I图像求得电阻R。电阻丝有效长度的测量 电阻丝长度的测量工具应选用刻度尺。 需要注意，在测量电阻丝的长度时，测量的并不是电阻丝的总长度，而是接入电路的有效长度1。反复测量多次，得到有效长度的平均值。
由R＝ρlS得ρ＝ RSl?，因此，只要测出金属丝的长度l、横截面积S和金属丝的电阻R，即可求出金属丝的电阻率ρ.
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1．把金属丝接入电路中，用伏安法测金属丝的电阻R(R＝UI).电路原理如图所示．
2．用毫米刻度尺测量金属丝的长度l，用螺旋测微器量得金属丝的直径，算出横截面积S.
3．将测量的数据代入公式ρ＝ RSl求金属丝的电阻率．
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实验器材
被测金属丝、螺旋测微器、毫米刻度尺、电池组、电流表、电压表、滑动变阻器、开关、导线若干．
实验步骤
1．直径测定
用螺旋测微器在被测金属导线上的三个不同位置各测一次直径，求出其平均值d，计算出导线的横截面积S＝????????24
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2．电路连接
按如图所示的原理电路图连接好用伏安法测电阻的实验电路．
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有效长度，反复测量3次，求出其平均值l.
4．U、I测量
把滑动变阻器的滑动片调节到使接入电路中的电阻值最大的位置，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．拆去实验线路，整理好实验器材．
数据处理
1．在求Rx的平均值时可用两种方法
(1)用Rx＝ UI分别算出各次的数值，再取平均值．
(2)用U?I图线的斜率求出．
2．计算电阻率
将记录的数据Rx、l、d的值代入电阻率计算式ρ＝????????????????=????????2????4????????
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误差分析
1．金属丝的横截面积是利用直径计算而得，直径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外接法，测量值小于真实值，使电阻率的测量值偏小．
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大，造成测量误差．
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．
7．求Rx的平均值时可用两种方法：第一种是用Rx＝ UI算出各次的测量值，再取平均值；第二种是用图象(U?I图线)来求出．若采用图象法，在描点时，要尽量使各点间的距离拉大一些，连线时要尽可能地让各点均匀分布在直线的两侧，个别明显偏离较远的点可以不予考虑．
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典例精析
某同学利用游标卡尺和螺旋测微器分别测量一圆柱体工件的直径和高度，测量结果如图(a)和(b)所示．该工件的直径为________cm，高度为________mm.
(a)
(b)
解析：游标卡尺读数为d＝12 mm＋4×120 mm＝12.20 mm＝1.220 cm
螺旋测微器的读数为h＝6.5 mm＋36.1×0.01 mm＝6.861 mm.
[答案]　1.220　6.861
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(1)游标卡尺不需要估读，读数结果10分度为××.×mm一位小数，20分度和50分度为××.××mm两位小数，换算单位时只需要移动小数点，最后一位数字即使是0也不能抹掉．
(2)螺旋测微器需要估读，读数结果为×.×××mm三位小数，需要特别注意半毫米刻度线是否露出．
(多选)在“测定金属的电阻率”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
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．
再见