2024版新教材高中物理第十一章电路及其应用3.实验：导体电阻率的测量第2课时实验2金属丝电阻率的测量学生用书新人教版必修第三册

第2课时实验2金属丝电阻率的测量核心素养定位科学思维掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法．科学探究学会利用伏安法测电阻，进一步测出金属丝的电阻率．科学态度与责任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范和谨慎操作的习惯．1.实验思路可以用下图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________、________和________(S＝πd24)，就可以计算出该电阻丝所用材料的电阻率，即ρ＝SR2．物理量的测量(1)电阻的测量：按实验电路图连接实物电路．改变____________滑片的位置，读取多组________、________，通过________图像求得电阻R.(2)电阻丝有效长度的测量：电阻丝长度的测量工具应选用________．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____________．反复测量多次，得到有效长度的________．(3)电阻丝直径的测量：因为电阻丝比较细，所以直接用________测量就会产生比较大的误差．应选择游标卡尺或螺旋测微器．3．数据分析(1)在求Rx的平均值时可用两种方法：①用Rx＝UI②用U­I图线的斜率求电阻值．(2)计算电阻率：将记录的数据U、I、l、d的值代入电阻率计算式ρ＝πd4．误差分析(1)电阻丝通电时温度升高，使所测电阻率比常温下电阻率略大，因此不宜长时间给电阻丝通电．(2)电阻丝长度及电阻丝直径测量不准确．目标一电流表和电压表的读数【归纳】——————————————————○1．0～3V量程的电压表和0～3A量程的电流表读数方法相同，此量程下的精确度分别是0.1V和0.1A，读到0.1的下一位，即读到小数点后面两位．2．对于0～15V量程的电压表，精确度是0.5V，在读数时只要求读到小数点后面一位，即读到0.1V．3．对于0～0.6A量程的电流表，精确度是0.02A，在读数时只要求读到小数点后面两位，这时要求“半格估读”，即读到最小刻度的一半0.01A．【典例】——————————————————○例1(1)如图甲所示是学生实验用的有两个量程的电流表刻度盘，当用“－”和“0.6”两接线柱时，能测量的最大电流是________A，对应刻度盘上的每一小格代表________A，图甲所示示数为________A；当使用电流表的“－”和“3”两接线柱时，对应刻度盘上的每一小格代表________A，图甲所示示数为________A.(2)图乙为学生实验用的有两个量程的电压表刻度盘，当使用较小量程时，测量电压的最大值不得超过________V，对应刻度盘上的每一小格表示________V，图乙所示示数为________V；若使用的是较大量程时，则对应刻度盘上的每一小格表示________V，图乙所示示数为________V．[训练1]请完成下列各表的读数，把答案填在图下的横线上．(1)量程为0～3V和0～3A的电表．(2)量程为0～15V的电压表读数．(3)量程为0～0.6A的电流表读数．目标二测定金属丝的电阻率【归纳】——————————————————○1．测量电路(1)电流表外接法，如图所示．由于电压表的分流，电流表测量的电流值偏大，测得的电阻值偏小，适用于测量小电阻．(2)电流表内接法，如图所示．由于电流表的分压，电压表测量的电压值偏大，测得的电阻值偏大，适用于测量大电阻．2．控制电路(1)滑动变阻器限流式接法，如图所示．(2)滑动变阻器分压式接法，如图所示．【典例】——————————————————○例2(多选)如图所示，用伏安法测电阻时()A．采用图甲所示测量电路，误差来源于电压表分流，使电阻测量值小于真实值B．采用图甲所示测量电路，误差来源于电流表分压，使电阻测量值大于真实值C．采用图乙所示测量电路，误差来源于电压表分流，使电阻测量值小于真实值D．采用图乙所示测量电路，误差来源于电流表分压，使电阻测量值大于真实值例3在“测量金属丝的电阻率”的实验中，某同学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，用螺旋测微器测量金属丝的直径，选不同的位置测量3次，求出其平均值d.(1)采用如图甲所示的电路测量金属丝的电阻，电阻的测量值比真实值________(选填“偏大”或“偏小”)．(2)已知被测金属丝的电阻约为5Ω，实验所用电源的电压为3V，电流表内阻约为0.1Ω，电压表内阻约为15kΩ.请你根据电路图在图乙中进行实物连线．(3)若测出金属丝的电阻为R，则金属丝的电阻率ρ＝________(用题中字母表示)．思维提升连接实物图时应注意以下几点(1)从电源正极出发，经过用电器、开关等元件，回到电源负极．(2)遇到复杂的电路图，先按照简单的串联或并联的画法一点一点分解．(3)要注意导线不能交叉．(4)注意电流表和电压表的区别．(5)画完电路图后，按照从正极出发的方向走一遍，看是否正确．(6)重点注意电流要从正接线柱流入电表，从负接线柱流出电表．(7)注意电路是否会短路．[训练2]在测定金属丝电阻率的实验中：(1)如图甲所示，用50分度游标卡尺测量待测金属丝的直径，其示数是________mm.(2)按图乙所示的电路图在图丙中用笔画线代替导线，补充连接实物电路示意图．[训练3]利用螺旋测微器、米尺和图甲所示的器材(其中电流表的内阻约为1Ω，电压表的内阻约为5kΩ)测量一根粗细均匀的阻值约为5Ω的金属丝的电阻率．(1)用笔画线代替导线，将图甲中的器材连接成实物电路，要求连线不能交叉，电流表、电压表选择合适的量程(已知电源电压为6V，滑动变阻器的阻值为0～20Ω)．(2)实验时，用螺旋测微器测量金属丝的直径和用米尺测量金属丝的长度的示数如图乙所示，电流表、电压表的读数如图丙所示．则金属丝两端的电压U＝________，电流I＝________，金属丝的长度l＝________，直径d＝________．(3)该金属丝的电阻率是__________________(保留两位有效数字)．1．(1)如图所示，螺旋测微器的读数为________mm，游标卡尺的读数为________mm；(2)电压表接0～3V量程，电压表的读数为________V；(3)电流表接0～0.6A量程，电流表的读数为________A.2．在“测定金属丝电阻率”的实验中，需要测出金属丝的长度L、直径d和电阻R.(1)用螺旋测微器测金属丝直径时，读数如图甲所示，则金属丝的直径为________mm.(2)若用图乙电路测金属丝的电阻，则测量结果将比真实值________(选填“偏大”或“偏小”)．(3)用电压表和电流表测金属丝两端的电压和电流时，读数分别如图丙、丁所示，则电压表的读数为________V，电流表的读数为________A．3．(1)某实验小组在“测定金属电阻率”的实验过程中，正确操作获得金属丝的直径以及电流表、电压表的读数如图甲、乙、丙所示，(已知电流表选0.6A量程，电压表选3V量程)．则它们的读数值依次是________mm、________A、________V.(2)已知实验中所用的电流表内阻约几欧，电压表内阻约20kΩ，则本实验电路应当采用图丁中的________(选填“A”或“B”)，用此电路测量的金属丝电阻比真实值偏________(选填“大”或“小”)．(3)若测得电流为I、电压为U，金属丝的长度为L，直径为d，则该金属丝的电阻率ρ＝________(用题中字母代号表示)．4．在“金属丝电阻率的测量”的实验中，待测金属丝的电阻Rx约为5Ω，实验室备有下列实验器材．A．电压表(量程0～3V，内阻约为15kΩ)；B．电压表(量程0～15V，内阻约为75kΩ)；C．电流表(量程0～3A，内阻约为0.2Ω)；D．电流表(量程0～0.6A，内阻约为1Ω)；E．滑动变阻器R1(0～10Ω，0.6A)；F．滑动变阻器R2(0～2000Ω，0.1A)；G．电池组E(3V)；H．开关S，导线若干．(1)为减小实验误差，应选用的实验器材有________(填器材前面的序号)．(2)为减小实验误差，本实验采用的电路图如图甲所示．请把图乙中的实物图用线连接起来．(3)若用毫米刻度尺测得金属丝长度为60.00cm，用螺旋测微器测得金属丝的直径及两电表的示数如图丙所示，则金属丝的直径为________mm，电阻值为________Ω.5．用伏安法测量电阻R的阻值，进而求出电阻率ρ，某实验小组测出了6组电压、电流值，并在U­I图像中进行描点，如图所示．(1)根据图像中描点情况，写出分析数据求解R值的步骤：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________.(2)求出的电阻值R＝________Ω.(保留三位有效数字)(3)待测电阻是由均匀材料制成的圆柱体，用50分度的游标卡尺测量其长度与直径，结果分别如图甲、乙所示．由图可知其长度为________cm，直径为________cm.(4)由以上数据可求出ρ＝________．(保留一位有效数字)第2课时实验2金属丝电阻率的测量导学掌握必备知识1．电阻R长度l直径dπ2．(1)滑动变阻器电压电流值U­I(2)刻度尺有效长度l平均值(3)刻度尺共研突破关键能力目标一[例1]解析：(1)电流表和电压表的接线柱上的数字表示其量程．当使用电流表的“－”和“0.6”两接线柱时，能测量的最大电流是0.6A，对应刻度盘上的每一小格代表0.630A＝0.02A，电流表示数为17×0.02A＝0.34A；当使用电流表的“－”和“3”两接线柱时，对应刻度盘上的每一小格代表330A＝0.1A，电流表示数为17.0×0.1A(2)电压表的较小量程为3V，所以测量电压的最大值不得超过3V，对应刻度盘上的每一小格表示330V＝0.1V，电压表示数为22.0×0.1V＝2.20V；若使用的是较大量程时，则对应刻度盘上的每一小格表示1530V＝0.5V，电压表示数为22×0.5V答案：(1)0.60.020.340.11.70(2)30.12.200.511.0[训练1]答案：(1)0.90V1.90A(2)10.0V10.5V(3)0.40A0.50A0.22A0.52A目标二[例2]解析：题图甲所示测量电路因电压表分流，使电阻测量值小于真实值，题图乙所示测量电路因电流表分压，使电阻测量值大于真实值，选项A、D正确．答案：AD[例3]解析：(1)电阻的测量值R测＝U测I测，U测为真实值，而I测因电压表的分流作用比真实值偏大，所以(2)由于电源电压为3V，所以电压表选择0～3V量程，被测金属丝的电阻约为5Ω，流过金属丝的最大电流约为0.6A，所以电流表选0～0.6A量程，连线如图所示．(3)由公式ρ＝RSL和S＝πd24，可得金属丝的电阻率答案：(1)偏小(2)图见解析(3)π[训练2]解析：(1)由题图甲所示游标卡尺可知，其示数为0mm＋26×0.02mm＝0.52mm.(2)根据题图乙所示电路图连接实物电路图，实物电路图如图所示．答案：(1)0.52(2)图见解析[训练3]解析：(1)由于金属丝的电阻比电压表的内阻小得多，因此采用电流表外接法；由于金属丝的电阻比滑动变阻器的总电阻要小，因此采用限流式接法．为了保证滑动变阻器起限流作用，滑动变阻器应该连接“A(B)、C”或“A(B)、D”几个接线柱，具体连线如图所示．(2)由图可以看出，电压表的量程是0～3V，所以读数是2.20V；电流表的量程是0～0.6A，所以读数是0.44A；由于螺旋测微器的半毫米刻度线已经露出，因此读数是1.850×10－3m；米尺的读数是40.50cm－10.00cm＝30.50cm.(3)由电阻定律得ρ＝RSl＝Uπd24Il＝2.20×3.14×1.850×答案：(1)图见解析(2)2.20V0.44A30.50cm1.850×10－3m(3)4.4×10－5Ω·m精练落实学科素养1．解析：(1)由题图所示螺旋测微器可知，其示数为6mm＋12.2×0.01mm＝6.122mm.由题图所示游标卡尺可知，游标尺为20分度，精度为0.05mm，故其示数为50mm＋17×0.05mm＝50.85mm.(2)电压表量程为3V，由题图所示电压表可知，其分度值为0.1V，示数为2.15V.(3)电流表量程为0.6A，由题图所示表盘可知，其分度值为0.02A，示数为0.16A.答案：(1)6.122(6.121～6.124)50.85(2)2.15(2.14～2.16)(3)0.162．解析：(1)螺旋测微器的读数为d＝0.5mm＋19.5×0.01mm＝0.695mm.(2)题图乙电流表采用外接法，电流测量值偏大，故电阻测量值偏小．(3)电压表的最小分度值为0.1V，其读数为2.60V；电流表的最小分度值为0.02A，其读数为0.52A.答案：(1)0.695(2)偏小(3)2.600.523．解析：(1)螺旋测微器的读数为d＝0.5mm＋2.6×0.01mm＝0.526mm；电流表的读数为I＝0.42A；电压表的读数为U＝2.20V.(2)根据题意，待测电阻阻值远小于电压表内阻，故电流表应用外接法，故电路图A为应采用的最佳电路．此电路中，由于电压表的分流作用，故测量的金属丝电