【公开课】+实验：导体电阻率的测量+课件+-2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

人教版物理必修三第十一章

电路及其应用第三节

实验：导体电阻率的测量（2）

复习回顾1.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。1.2206.8612．某同学测定一金属杆的长度和直径，示数如图甲、乙所示，则该金属杆的长度和直径分别为________cm和________mm。60.104.20

3．(1)如图甲、乙所示的两把游标卡尺，它们的游标尺分别为9mm长10等分、19mm长20等分，则读数依次为________mm、________mm。

(2)使用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图所示，则金属丝的直径是________mm。17.523.352.140金属丝电阻率的测量二、实验原理1．用伏安法测出金属丝的电阻，实验电路如图2．由电阻定律R=ρl/s得ρ=Rs/l一、实验目的1．掌握螺旋测微器和游标卡尺的原理和读数方法．2．掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法．3．利用伏安法测电阻，进一步测出金属丝的电阻率．三、物理量的测量1.电阻丝有效长度的测量毫米刻度尺：测定金属丝的长度（接入电路的）2.电阻丝直径的测量游标卡尺或千分尺3.电阻的测量电流表、电压表：测定金属丝的电流和电压，计算电阻四、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．五、实验步骤1．直径的测量

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，求出平均值d，计算出导线的横截面积S＝πd2/4.2．电路的连接把金属丝接入电路中，电路原理如图所示：3．长度的测量用毫米刻度尺测量金属丝接入电路的有效长度，反复测3次，求出平均值l.4．U、I测量调节滑动变阻器的滑片使其接入电路的电阻最大，电路检查无误情况下，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和电压值I、U，计入表格，断开开关S.5．拆除实验线路，整理好实验器材．六、数据处理(1)金属导线直径的读数①特别小心半刻度是否露出。②因螺旋测微器的精确度为0.01mm，可动刻度上对齐的格数需要估读，所以，若以毫米为单位的话，最后一位应出现在小数点后的第三位上。③把三个不同位置的测量值求平均值作为直径d。(2)金属丝长度的测量①应测量接入电路中的有效长度；②因为用的是毫米刻度尺，读数时要估读到毫米的下一位；(别忘记估读)③把3次测量平均值作为长度l。(3)电阻R的测量值确定方法一，平均值法：可以将每次测量的U、I分别计算出电阻，求出电阻的平均值，作为测量结果。(4)将测得的R、l、d的值，代入电阻率计算公式ρ＝RS/l＝πd2R/4l中，计算出金属导线的电阻率。方法二，图象法：可建立U－I坐标系，将测量的对应U、I值描点作出图象，利用图象斜率来求出电阻值R。注意事项:(1)为了方便，应在金属导线连入电路前测导线直径，为了准确，应测量拉直悬空的连入电路的导线的有效长度，且各测量三次，取平均值．(2)测量电路应选用电流表外接法，且测电阻时，电流不宜过大，通电时间不宜太长，因为电阻率随温度而改变．(3)为准确求出R的平均值，应多测几组U、I数值，然后采用U­I图象法求出电阻．(4)滑动变阻器用限流式接法也可以满足该实验的要求．误差分析：(1)测量误差：测量金属丝的直径、长度以及电流、电压时出现读数误差．(2)由于采用电流表外接法，电压表的分流，造成电阻测量值偏小(若误用内接法，则电流表分压影响更大)．(3)通电电流太大，或时间太长，致使金属丝发热，电阻率随之变化．

例1．在测定阻值较小的金属的电阻率的实验中，为了减小实验误差，并要求在实验中获得较大的电压调节范围，在测量其电阻时应选择的电路是（

）D例2.在做“测定金属的电阻率”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的大．他可选用的器材有：电源E：电动势为8V，内阻为1.0Ω；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________(选填“外接法”或“内接法”)．(2)画出实验电路图．外接法(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和电压表内阻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20Ω，是电流表内阻的40倍，但电压表内阻是待测电阻的500倍，故采用外接法．(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＝U/RV，所以Rx中的电流为：Ix＝I－IV＝I－U/RV，则Rx＝U/Ix＝例3.某同学用伏安法测量导体的电阻，现有量程为3V、内阻约为3kΩ的电压表和量程为0.6A、内阻约为0.1Ω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5Ω.(1)测R1阻值的最优连接方式为导线①连接________(选填a或b)、导线②连接________(选填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/V0.400.801.201.602.002.40I/A0.090.190.270.350.440.53(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1/10，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cB．①连接a，②连接dC．①连接b，②连接cD．①连接b，②连接dad4.6

B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U­I曲线如图所示，图线的斜率即为电阻R1的大小，由图象可知，R1＝4.6Ω.(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＝ρl/hl＝ρ/h，R2的阻值R2＝ρl/10l＝ρ/h＝R1，故测量R2的电路同测量R1的电路，故选项B正确．例4.测定一卷阻值约为30Ω的金属漆包线的长度，实验室提供下列器材：A．电流表A：量程0.6A，内阻RA约为20ΩB．电压表V：量程15V，内阻RV约为4kΩC．学生电源E：可提供0～30V直流电压D．滑动变阻器R1：阻值范围0～10ΩE．滑动变阻器R2：阻值范围0～500ΩF．电键S及导线若干(1)为了较准确地测量该漆包线的电阻，滑动变阻器应选择________(选填“R1”或“R2”)，并将方框中的电路图补画完整．R1(2)根据正确的电路图进行测量，某次实验中电压表与电流表的示数如图，则电压表的示数U为________V，电流表的示数I为________A.(3)这种漆包线金属丝的直径为d，材料的电阻率为ρ，则这一卷漆包线的长度l＝________(用U、I、d、ρ表示)．13.50.46解析：(1)电源电动势为30V，电压表量程较小，故滑动变阻器采用分压接法，选用滑动变阻器R1，电路图如图所示：(2)电压表量程为15V，精度为0.5V，读数为13.5V；电流表量程为0.6A，精度为0.02A，读数为0.46A.(3)根据电阻定律可知，R＝ρl/S＝

，由欧姆定律得，R＝U/I，联立解得漆包线长度

.例5.要测量某种合金的电阻率。（1）若合金丝长度为l，直径为D，阻值为R，则其电阻率ρ=________。用螺旋测微器测合金丝的直径如图甲所示，读数为________mm。

(2)图乙是测量合金丝阻值的原理图，S2是单刀双掷开关。根据原理图在图丙中将实物连线补充完整。0.657(3)闭合S1，当S2处于位置a时，电压表和电流表的示数分别为U1=1.35V，I1=0.30A；当S2处于位置b时，电压表和电流表的示数分别为U2=0.92V，I2=0.32A。根据以测量数据判断，当S2处于位置_____（选填“a”或“b”)时，测量相对准确，测量值Rx＝_____Ω（结果保留两位有效数字）。b2.9例6.小张同学打算测量由某种合金材料制成的金属丝的电阻率ρ，待测金属丝的横截面为圆形。实验器材有：毫米刻度尺、螺旋测微器、电压表(内阻约几千欧)、电流表(内阻约几欧)、滑动变阻器、电源、开关、待测金属丝及导线若干。(1)用毫米刻度尺测量待测金属丝的长度，用螺旋测微器测量其直径，结果分别如图1和图2所示，可得其长度L=_