新教材高中物理第三章恒定电流第三节测量金属丝的电阻率课件粤教必修第三册

1、第三节测量金属丝的电阻率第三章2022内容索引0102课前篇 自主预习课堂篇 探究学习学习目标1.掌握用伏安法测电阻的电路的设计方案.(科学探究)2.掌握螺旋测微器的读数方法.(科学探究)3.掌握测定金属电阻率的实验原理、实验过程及数据处理方法.(科学探究)思维导图课前篇 自主预习【必备知识】一、游标卡尺和螺旋测微器的读数1.游标卡尺(1)原理:利用主尺的最小分度与游标尺的最小分度的差值制成.不管游标尺上有多少个小等分刻度,它的刻度局部的总长度比主尺上的同样多的小等分刻度少1 mm.(2)精度:对应关系为10分度0.1 mm,20分度0.05 mm,50分度0.02 mm.(3)读数:假设用x

2、表示由主尺上读出的整毫米数,K表示从游标尺上读出的与主尺上某一刻线对齐的游标的格数,那么结果为x+K精度.2.螺旋测微器(1)构造:如图1所示是常用的螺旋测微器结构图,它的小砧A和固定刻度G固定在U形框架F上;微测螺杆P、可调刻度H和粗调旋钮K、微调旋钮K连在一起,通过精密螺纹穿过U形框架F,用锁T给予锁定.图1常用的螺旋测微器结构图 图2螺旋测微器的局部放大图 (2)原理:如图2所示,微测螺杆P与固定刻度G间的精密螺纹的螺距为0.5 mm,即粗调旋钮K每旋转一周,P前进或后退0.5 mm.可调刻度H上的刻度为50小格,每转动一小格,P前进或后退0.01 mm,即精确度为0.01 mm.读数时

3、误差出现在毫米的千分位上,因此,螺旋测微器又叫千分尺.(3)读数:从固定刻度上读取整毫米或半毫米数,然后从可调刻度上读取剩余局部(因为是10分度,所以在最小刻度后应再估读一位),再把两局部读数相加得到测量值.即测量值d=固定刻度数+可调刻度数0.01(单位:mm).二、实验原理1.把金属丝接入电路中,用伏安法测金属丝的电阻R( ).电路原理图如以下图.三、实验器材螺旋测微器、毫米刻度尺、电压表、电流表、定值电阻、开关及导线、被测金属丝、电池、滑动变阻器.四、实验步骤1.测直径:用螺旋测微器在被测金属丝上多个不同位置各测一次直径,并记录.2.连电路:按实验原理中的电路图连接实验电路.3.量长度:

4、用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属丝的有效长度,重复测量3次,并记录.4.求电阻:把滑动变阻器的滑动触头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触头的位置,读出几组相应的电流表、电压表的示数I、U的值,记录数据,断开开关S.5.撤除实验电路,整理好实验器材.五、数据处理电阻R(通过电阻R再求电阻率)的数值可用以下两种方法确定:1.计算法:利用每次测量的U、I值分别计算出电阻,再求出电阻的平均值作为测量结果.2.图像法:可建立I-U坐标系,将测量的U、I值描点作出图像,利用图像的斜率来求出电阻值R.六、误差分析1.金属丝的横截面积是利用直径计算

5、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,假设采用的是电流表外接法,那么测量值小于真实值,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.七、本卷须知1.因一般金属丝电阻较小,为了减少实验的系统误差,应选择电流表外接法;2.本实验假设用限流式接法,在接通电源之前应将滑动变阻器调到阻值最大状态.3.测量l时应测接入电路的金属丝的有效长度(即两接线柱之间的长度);在金属丝的多个不同位置上用螺旋测微器测量直径d.4.电流不宜过大(电流表用00.6 A量程),通电时间

6、不宜太长,以免电阻率因温度升高而变化.课堂篇 探究学习探究一游标卡尺和螺旋测微器的读数【典例剖析】例1某同学用游标卡尺测量一圆柱体的长度l,用螺旋测微器测量圆柱体的直径d,示数如图甲、乙所示.由图可读出l= cm,d= mm. 解析 游标卡尺主尺读数为2.2 cm,游标尺读数为50.1 mm=0.5 mm=0.05 cm,故l=2.2 cm+0.05 cm=2.25 cm;螺旋测微器的半毫米刻度线已露出,所以固定刻度为6.5 mm,再读出可动刻度上的格数(估读一位)0.01 mm,读数为6.5 mm+36.00.01 mm=6.860 mm.答案 2.256.860规律方法 使用螺旋测微器时的

7、注意点(1)螺旋测微器应估读一位,即以mm作为单位时,应读到小数点后面的第三位.(2)读数时,除了观察固定刻度尺的整毫米刻度线外,还要注意半毫米刻度线是否露出.变式训练 1小明用螺旋测微器测量一根导体棒的直径,刻度如以下图,读数为 mm.解析 螺旋测微器的固定刻度为4.0 mm,可动刻度为22.40.01 mm=0.224 mm,所以最终读数为4.0 mm+0.224 mm=4.224 mm.答案 4.224(4.2224.226)探究二仪器选择与电路设计【典例剖析】例2某同学在一次测量金属丝的电阻率的实验中,用刻度尺测出接入电路局部的金属丝长度为l=0.720 m,用螺旋测微器测出金属丝直径

8、(刻度位置如以下图),用伏安法测出金属丝的电阻(阻值大约为5 ),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3 V)B.电流表A(量程00.6 A,内阻约0.125 )C.电压表V(量程03 V,内阻3 k)D.滑动变阻器(最大阻值10 )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)假设根据伏安法测出金属丝的阻值为Rx=4.0 ,那么这种金属材料的电阻率为 m(保存两位有效数字).解析 (1)螺旋测微器读数为0.5 mm+10.00.01 mm=0.60

9、0 mm.(2)由于电阻丝电阻较小,电流表采用外接法,滑动变阻器采用限流电路或分压电路都可以,实验电路如以下图.答案 (1)0.600(2)见解析图(3)1.610-6规律方法 (1)注意测金属丝电阻时,因电阻丝电阻较小,应采用电流表外接法.(2)应用电阻定律计算电阻率时,各量应均统一为国际单位制,计算结果要符合有效数字要求.变式训练 2在测量金属丝电阻率的实验中,可供选用的器材如下:待测金属丝Rx(阻值约4 ,额定电流约0.5 A);电压表V(量程03 V,内阻约3 k);电流表A1(量程00.6 A,内阻约0.2 );电流表A2(量程03 A,内阻约0.05 );电源E1(电源电压为3 V

10、,内阻不计);电源E2(电源电压为12 V,内阻不计);滑动变阻器R(最大阻值约20 );螺旋测微器;毫米刻度尺;开关S;导线假设干.(1)假设滑动变阻器采用限流接法,为使测量尽量精确,电流表应选,电源应选.(均填器材代号)(2)在虚线框内画出电路原理图.解析 (1)在用伏安法测电阻时,为使测量结果尽量精确,那么电流表、电压表指针偏转角度不能过小,所以电流表选A1,电源选E1.(2)电路原理图如以下图.答案 (1)A1E1(2)见解析图探究三实验数据的处理和误差分析【典例剖析】例3在测量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局部的长度约为50 cm.(1)用螺旋测微器测

11、量金属丝的直径,其中一次的测量结果如以下图,其读数为 mm(该值接近屡次测量的平均值).(2)用伏安法测金属丝的电阻Rx.实验所用器材为:电池组(电压3 V)、电流表(量程0.6 A,内阻约0.1 )、电压表(量程3 V,内阻约3 k)、滑动变阻器R(020 ,额定电流2 A)、开关、导线假设干.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:次数1234567U/V0.100.300.701.001.501.702.30I/A0.0200.0600.1600.2200.3400.4600.520由以上实验数据可知,他们测量Rx采用的电路图是图(填“甲或“乙).(3)图丙是测

12、量Rx的实验器材实物图,图中已连接了局部导线,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.丙 (4)这个小组的同学在坐标纸上建立了坐标系,如图丁所示,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= (保存两位有效数字).丁 (5)根据以上数据可以估算出金属丝的电阻率约为.A.110-2 mB.110-3 mC.110-6 mD.110-8 m(6)任何实验测量都存在误差.本实验所用测量仪器均已校准.以下关于误差的说法中

13、正确的选项是.A.用螺旋测微器测量金属丝直径时,由于读数引起的误差属于系统误差C.假设将电流表和电压表的内阻计算在内,可以消除由电流表和电压表的内阻引起的误差解析 (1)螺旋测微器的读数为0 mm+39.70.01 mm=0.397 mm.(2)通过给定的数据发现电压接近从零开始,故滑动变阻器采用的是分压式接法,即题图甲.(3)对滑动变阻器的分压式接法,连线时应使测量电路在开始时分到的电压为零,实物图如图1所示.图1 (4)如图2所示.图线的斜率反映了金属丝的电阻,所以Rx=4.5 . 图2 (6)由于读数引起的误差属于偶然误差,A错误;由于电流表、电压表内阻引起的误差为系统误差,假设将电流表

14、和电压表的内阻计算在内,那么可以消除此系统误差,B错误,C正确;利用U-I图像处理数据可以减小偶然误差,D正确.答案 (1)0.397(0.3950.399均正确)(2)甲(3)见解析图1(4)见解析图24.5(4.34.7均正确)(5)C(6)CD规律方法 (1)作图像时,应使大多数的点在线上,不在线上的点尽量均匀分布在直线的两侧,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.通过屡次测量求平均值(或采用图像法处理数据)可减小偶然误差.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

15、或改进实验方法和原理可减小系统误差.变式训练 3(2021江苏七市调研)为测定金属丝的电阻率,提供实验器材如下:A.待测金属丝R(电阻约8 )B.电流表A(量程为0.6 A,内阻约0.6 )C.电压表V(量程为3 V,内阻约3 k)D.滑动变阻器R1(05 ,2 A)E.电源E(6 V)F.开关、导线假设干(1)用螺旋测微器测出金属丝的直径如以下图,那么金属丝的直径为 mm.(2)某同学采用如以下图电路进行实验,请用笔画线代替导线,在图中将实物电路图连接完整.(3)测得金属丝的直径为d,改变金属夹P的位置,测得多组金属丝接入电路的长度L及相应电压表示数U、电流表示数I,作出 -L图像,如以下图

16、.测得图线斜率为k,那么该金属丝的电阻率为.(4)关于电阻率的测量,以下说法中正确的有.A.开关S闭合前,滑动变阻器R1的滑片应置于最左端B.实验中,滑动变阻器R1的滑片位置确定后不可移动C.待测金属丝R长时间通电,会导致电阻率变小(4)为了保护电路,实验开始前应使待测回路中电流最小,滑动变阻器滑片应置于最左端,A正确;实验要测量多组电压、电流值,通过改变滑片位置,改变电压表示数,滑动变阻器滑片需要移动,B错误;待测金属丝R长时间通电,温度会升高,电阻率变大,C错误;根据 可知,电流表的内阻存在不会改变图像的斜率,对电阻率的测量结果没有影响,D正确. 随堂训练1.某同学测定一金属杆的长度,示数如以下图,那么该金属杆的长度为 cm.解析 金属杆长度由刻度尺示数可得,由题图得l=60.10 cm.2.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