人教版必修第三册第十一章3课时2实验2金属丝电阻率的测量学案

课时2实验2金属丝电阻率的测量［定位•学习目标］.理解测量电阻率的实验原理及实验方法。.通过分组实验,学会测量导体的电阻率,并能进行误差分析。.通过使用游标卡尺或螺旋测微器测量长度，以及测量电阻等过程，进一步形成自觉遵守实验操作规程和谨慎操作的习惯。一、实验目的.学会使用伏安法测量电阻。.会测量金属导体的电阻率。二、实验器材金属电阻丝,直流电源，电流表，电压表,滑动变阻器,开关,导线若干,螺旋测微器,毫米刻度尺。三、实验原理与设计设计实验电路如图所示。取一段金属电阻丝连接到电路中，只要测出电阻丝的电阻R、长度1和直径d（S=嗜），就可计算出该电阻丝所用4材料的电阻率,即P丹二等。I41四、实验步骤.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Ro.电阻丝有效长度的测量:用毫米刻度尺测量接入电路中的电阻丝的有效长度1,反复测量多次,得到有效长度的平均值。.电阻丝直径的测量:用累积的方法测量或用螺旋测微器在电阻丝的不同位置测量3次直径,求直径的平均值d,计算出电阻丝的横截面积五、数据处理.在求电阻R的平均值时可用两种方法⑴公式法:测量多组电压、电流值,求出对应的电阻后取平均值,不能对电流、电压取平均值。⑵图像法:作出U-I图像，由图像的斜率求出电阻值。连线时要让各点均匀分布在直线两侧,个别偏离较远的点可以不予考虑。.计算电阻率:将记录的数据R、1、d的值代入电阻率计算式p六、误差分析.电阻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。.采用伏安法测量电阻丝的电阻时，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。.电阻丝的长度测量、电流表和电压表的读数等会带来偶然误差。.由于电阻丝通电后发热升温,会使电阻丝的电阻率变大,造成测量误差。要点一实验原理和数据处理［例1］在“金属丝电阻率的测量”的实验中，待测金属丝的电阻R,约为3Q,实验室备有下列实验器材：A.电压表V（量程0〜3V,内阻约为3kQ）B.电流表A（量程0〜0.6A,内阻约为1Q）C.滑动变阻器R（0〜10。，额定电流0.5A）D.电源E（电动势为3V,内阻约为0.3Q）E.开关S,导线若干（1）为减小实验误差,应选用图中（选填“甲”或“乙”）为该实验的电路原理图。⑵现用刻度尺测得金属丝长度为60.00cm,用螺旋测微器测得其直径示数如图丙，则直径为mmo图丁为两电表的示数，电压表的读数为V,电流表的读数为Ao则该金属丝的电阻为Qo（结果保留3位有效数字）解析：（1）由于瓯,所以电流表外接，图乙符合题意。⑵螺旋测微器读数为d=0.5mm+10.8X0.01mm=0.608mm;电压表量程为0〜3V,分度值为0.1V,示数为1.20V;电流表量程为0〜0.6A,分度值为0.02A,示数为0.50A,根据欧姆定律得丹。=2.40J\J•OQo答案：（1）乙（2）0.608（0.607-0.609均可）1.200.502.40［即时训练1］在“金属丝电阻率的测量”的实验中。⑴用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图甲所示,读数为mmo⑵用游标卡尺测量金属丝的长度,示数如图乙所示,读数为emo⑶为了减少实验误差，并要求在实验中获得较大的电压调节范围，请在虚线框中画出电路原理图。(4)请根据(3)中设计的电路图,连接实物图。⑸两电表的示数分别如图丁所示(电压表量程。〜3V,电流表量程0-0.6A),电压表读数为V,电流表读数为Ao根据以上实验数据，则该金属丝的电阻率为。・m(结果保留2位有效数字)。解析：(1)金属丝的直径为d=6.5mm+36.0X0.01mm=6.860mm。(2)金属丝的长度为1=10mm+10X0.05mm=10.50mm=l.050cm。⑶金属丝阻值较小,在伏安法测电阻时应用电流表外接法;实验中要求有较大的电压调节范围，所以滑动变阻器应用分压式接法,如图1所示。(4)连接实物图如图2所示。⑸根据电表读数规则可知，电压表读数为1.20V;电流表示数为0.50Ao由欧姆定律和电阻定律可知叶Pg代入数据可得该金属丝的电阻率p^8.4X103Q•mo答案：(1)6.860(2)1.050(3)图见解析(4)图见解析(5)1.200.508.4X103要点二创新实验［例2］某同学为了测量一根铅笔芯的电阻率，设计了如图甲所示的电路测量该铅笔芯的电阻值。所用器材有电流表A、A2,电阻箱匕,滑动变阻器R2,待测铅笔芯R”电源E,开关S及导线等。操作步骤如下：调节滑动变阻器和电阻箱的阻值达到最大；闭合开关，适当调节滑动变阻器和电阻箱的阻值;记录两个电流表4、A2的示数分别为L、b。请回答以下问题：⑴若电流表的内阻可忽略,则电流表示数12二L时，电阻箱的阻值等于待测铅笔芯的电阻值。(2)用螺旋测微器测量该铅笔芯的直径，螺旋测微器的示数如图乙所示，则该铅笔芯的直径为mm。(3)已测得该铅笔芯的长度1=20.00cm,电阻箱的读数为5.00Q,根据测量的数据可计算出铅笔芯的电阻率P二。•m(结果保留2位小数)。⑷若电流表A2的内阻不能忽略,仍利用(1)中方法,则铅笔芯电阻的测量值(选填“大于”“小于”或“等于")真实值。解析：(1)由并联电路特点可知，当时，电阻箱的阻值与待测铅笔芯的阻值相等。(2)螺旋测微器的读数为1.000mmo⑶由公式R二可计算，铅笔芯的电阻率为1.96X10$。(4)电流表A?的内阻不能忽略时,电流表A?与电阻箱的电阻之和等于待测铅笔芯的电阻，即电阻的测量值小于真实值。答案：⑴](2)1.000(3)1.96X105⑷小于［即时训练2］现有一导电橡胶制成的圆柱体R,约12kQ,用螺旋测微器测其直径D,示数如图甲所示,用游标卡尺测得其长度为L,要测量该材料的电阻率,实验室提供的器材如下：A.学生电源(0〜20V)B.电流表A1(0〜3A)C.电流表Az(0〜0.6A)D.电压表％(0〜3V,内阻3kQ)E.电压表％(0〜15V,内阻15kQ)F.滑动变阻器R(0〜20Q)G.滑动变阻器R2(0〜200Q)H.开关、导线若干(1)圆柱体的直径D为mine⑵请根据提供的器材,在虚线框内画出实验电路图。⑶用测量量和已知量计算电阻率的表达式，式中各符号的意义是。解析：(1)由题图甲可知，圆柱体的直径为1.5mm+47.5X0.01mm=l.975mm。⑵流过待测圆柱体的最大电流约为1二品含浮C1.67mA,最大电流R12X103太小,远小于电流表量程,不能用电流表测电流,可以用已知内阻的电压表V,测电流,把电压表V1与待测圆柱体R串联，电压表V2测电压;为方便实验操作,滑动变阻器应选R.;由于待测圆柱体R阻值远大于滑动变阻器最大阻值,为测多组实验数据,滑动变阻器应采用