导体电阻率的测量

新人教版必修三第十一章

电路及其应用第3节实验：导体电阻率的测量课堂引入：电阻率是反映材料导电性能的物理量，我们来测量导体的电阻率。如果根据导体的电阻、长度和截面积来求出电阻率，就需要测量电阻和长度等。实验一：长度的测量及测量工具的选用

实验目的:学会使用游标卡尺和螺旋测微器测量长度。实验器材:游标卡尺,螺旋测微器。实验原理1.游标卡尺的读数原理(1)构造:主尺、游标尺(主尺和游标尺上各有一个内外测量爪),尺身上还有一个紧固螺钉。(2)用途:测量厚度、长度、内径、外径。(3)原理:是利用主尺的单位刻度(1mm)与游标尺的单位刻度之间固定的微量差值来提高测量精度的。不管游标尺上有多少个小等分刻度,它的刻度部分的总长度比主尺上的同数量的小等分刻度少1mm。常见的游标卡尺有10分度、20分度和50分度三种。见下表:(4)读数:若用x表示由主尺上读出的整毫米数,n表示从游标尺上读出与主尺上某一刻线对齐的游标尺的格数,则记录结果表达为(x+n×精确度)mm。注：①游标卡尺不估读②读主尺时，需读与游标尺0刻线响邻以左的整毫米数，不要读成机械末端。2.螺旋测微器的读数原理(1)构造及原理:如图所示,G是锁紧装置,螺旋测微器的测砧A和固定刻度B固定在尺架C上,可动刻度E、旋钮D、微调旋钮D'是与测微螺杆F连在一起的,并通过精密螺纹套在B上,精密螺纹的螺距是0.5mm,即旋钮D每转一周,测微螺杆F前进或后退0.5mm,可动刻度分成50等份,每一等份表示0.01mm。(2)使用方法:当A与F并拢时,可动刻度E的零点恰好跟固定刻度B的零点重合,逆时针旋转旋钮D,将测微螺杆F旋出,把被测物体放入A、F之间的夹缝中,再顺时针旋转旋钮D,F快要接触被测物时,要停止使用旋钮D,改用微调旋钮D',直到听到“喀喀”声。(3)读数方法:以毫米为单位读数。L=固定刻度示数+可动刻度示数(估读一位)×分度值(0.01)。注意:①以毫米为单位时,小数点后面必须要有三位有效数字,特别是最后一位估读数字为零时,不能省略。（也就是说螺旋测微器必须估读）②在读数时注意半毫米刻度线是否已露出。例1.以下是游标卡尺,请写出各自的读数。

答案:11.4mm答案:22.6mm答案:11.50mm答案:50.15mm答案:10.94mm例2.以下是螺旋测微器,请写出各自的读数。

答案:0.482mm答案:3.373mm答案:0.990mm答案:5.665mm答案:6.703mm答案:7.030mm1、方法：

用电压表测出电阻两端的电压U，用电流表测出通过电阻的电流I，利用部分电路欧姆定律可以算出电阻的阻值R伏安法实验二：电阻的测量

2.两种电路

①电流表接在电压表两接线柱外侧，通常叫“外接法”②电流表接在电压表两接线柱内侧，通常叫“内接法”AVRAVR

注：因为电流表、电压表分别有分压、分流作用,因此两种方法测量电阻都有误差．②系统误差：由于实验原理、实验方法、仪器精度问题引起的测量误差

①偶然误差：

由于环境偶然因素、人为偶然因素引起的测量误差

例如：长度测量的读数误差，电流表读数的误差等例如：伏安法测电阻的误差特点：测量值与真实值相比有时偏大有时偏小。多次测量，取平均值特点：测量值与真实值相比总是偏大或总是偏小完善实验原理、改进实验方法、提高仪器精度3.误差减少偶然误差的方法：减少系统误差的方法：电流表示数4.误差分析

①电流表外接法电压表示数1）误差：测量值偏小

减少误差的方法：误差来源于电压表的分流，分流越小，误差越小．测量小电阻，即情况下使用<AVR2）外接法的真实值的计算方法

（1）测量值的计算方法：（2）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。AVR②电流表内接法

电压表示数电流表示数1）误差：测量值偏大减少误差的方法：误差来源于电流表的分压，分压越少，误差越小．测量大电阻，即情况下适用。AVR>2）内接法的真实值计算

（1）测量值的计算方法：（2）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。AVR5、电路选择当时，选用电流表内接法．时，选用电流表外接法．当①直接比较法：当Rx《Rv时，采用外接法当Rx》RA时，采用内接法②阻值比值法③试探法：若伏特表示数有明显变化，即用外接若安培表示数有明显变化，即用内接例2：（多选）如图所示为用伏安法测电阻的部分电路图，因为不知道待测电阻RX的大概值，所以不能确定线路的接法。为了减小误差，可在电路接好后将电压表的一个接线端K分别与M、N接触，观察电压表和电流表的计数哪一个有明显的变化。下列关于观察到的现象及应选用的接法的叙述中，正确的是：（）A、若电流表读数有明显的变化，则K应接在M点;B、若电流表读数有明显的变化，则K应接在N点;C、若电压表读数有明显的变化，则K应接在M点;D、若电压表读数有明显的变化，则K应接在N点．AVMNBC实验三：滑动变阻器两种接法

1.两种接法的优缺点:①限流接法:优点:电路结构简单；操作方便；耗能少。缺点：电压或电流不能从0变起；调节范围小。②分压接法：优点:电压或电流能从0变起；调节范围大。缺点：电路结构复杂；操作不方便；耗能多。2、两种接法的选择：①以下3种情况下必须用分压接法：1）当要求电压或电流从0变起时，2）当待测电阻的阻值远大于滑动变阻器的总阻值时，3）当采用限流接法，无论怎样调节都不能保证电路的安全时②当两种接法均可时，一般采用限流接法。3、滑动变阻器的选择：①当采用限流接法时，选择总电阻与待测电阻的阻值相接近的那一个。②当采用分压接法时，选择总电阻小而额定电流大的那一个。器材选择与电路设计一、器材选择的原则1、安全性原则：例如电压表与电流表不能超过量程。2、精确性原则：例如电压表与电流表的指针偏角不能过小，应使其指针偏角不小于满偏的1/3.3、方便性原则4、经济性原则二、电路设计1、电流表的内外接法2、滑动变阻器的接法

实验四：金属丝电阻率的测量

一、实验目的学会用伏安法测量电阻的阻值,测定金属丝的电阻率。二、实验原理1.测定金属电阻率(1)把金属丝接入电路中,用伏安法测金属丝的电阻三、实验器材螺旋测微器或游标卡尺、毫米刻度尺、电压表、电流表、定值电阻、开关及导线、被测金属导线、电池、滑动变阻器。四、实验步骤1.测直径:用螺旋测微器或游标卡尺在被测金属丝上三个不同位置各测一次直径,并记录。2.量长度: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3次,并记录。3.连电路:按原理图所示的电路图连接实验电路。4.求电阻:把滑动变阻器的滑片调节到使电压表为零的位置,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.拆除实验电路,整理好实验器材。五、数据处理

导线的横截面积S=

(公式)=

(代入数据)=

m2。

所测金属的电阻率ρ=

(公式)=

(代入数据)=

Ω·m。

【注意事项】(1)因一般金属丝电阻较小,为了减少实验的系统误差,必须选择电流表外接法。(2)本实验滑动变阻器若用分压式接法,在接通电源之前应将滑动变阻器调到电压表为零的状态。(3)测量l时应测接入电路中的金属丝的有效长度(即两接线柱之间的长度);在金属丝的3个不同位置上用螺旋测微器或游标卡尺测量直径d。(4)电流不宜过大(电流表用0~0.6A量程),通电时间不宜太长,以免电阻率因温度升高而变化。【实验误差来源及分析】(1)直径测量。(2)长度测量。(3)电路中电流表及电压表内阻对电阻测量的影响。(4)通电电流大小,时间长短,致使电阻丝发热,电阻率随之变化。

实例引导一、实验原理与操作例1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20Ω。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8V;电流表A(量程0.6A,内阻约为0.50Ω);电压表V(量程10V,内阻约为10kΩ);滑动变阻器R(最大电阻值为5.0Ω);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=

。

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。二、仪器的读数及数据处理例2在“金属丝电阻率的测量”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50cm。(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所示,其读数应为

mm(该值接近多次测量的平均值)。

(2)用伏安法测金属丝的电阻Rx,实验所用器材为直流电源(电压3V,内阻1Ω,在实物图中用干电池的符号代替),电流表(内阻约0.1Ω),电压表(内阻约3kΩ),滑动变阻器R(0~20Ω,额定电流2A),开关,导线若干。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:由以上实验数据可知,他们测量Rx是采用图2中的

(选填“甲”或“乙”)图。

(3)图3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。(4)这个小组的同学在坐标纸上建立U、I坐标系,如图4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)。

(5)根据以上数据可以估算出金属丝电阻率约为

(填选项前的符号)。

A.1×10-2

Ω·mB.1×10-3

Ω·m

C.1×10-6

Ω·mD.1×10-8

Ω·m解析:(1)螺旋测微器的读数为0

mm+39.8×0.01

mm=0.398

mm。(2)由实验记录的数据可知Rx的阻值大约为5

Ω。由题知Rx≪R

V,故电流表应外接。若滑动变阻器接为限流式接法,则Rx两端的电压最小