11.3实验2金属丝电阻率的测量（导学案）高二物理（人教版2019）

第3节实验2金属丝电阻率的测量导学案【学习目标】1、理解测量电阻率的实验原理及实验方法。2、通过分组实验，学会测量导体的电阻率，并能进行误差分析。3、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。【学习重难点】学习重点：金属丝电阻率的测量。学习难点：电路的分压式接法。【知识回顾】1、电阻率是反映导体材料导电性能的重要物理量。2、测导体的电阻率的基本原理是ρ＝RSl＝Rπd24l，要完成测量，应用毫米刻度尺测量金属丝的长度，用3、毫米刻度尺的分度值为1mm，可估读到0.1mm。游标卡尺的三种规格分别可精确到0.1mm、0.05mm、0.02mm，不估读。螺旋测微器可精确到到0.01mm。用这些长度测量工具测量长度时，可用多次测量取平均值的方法减小误差。4、测量导体电阻的基本方法：伏安法。实验原理是：R＝【自主预习】1、电流表接在电压表两接线柱外侧的方法叫“外接法”，接在电压表两接线柱内侧的方法叫“内接法”。2、在测量小电阻，即Rx<<RV情况下，使用外接法误差较小。测量大电阻，即Rx>>RA情况下，使用内接法误差较小。3、限流接法电路结构简单、操作方便、耗能少，但电压或电流不能从0变起、调节范围小。分压接法电压或电流能从0调节，调节范围大，但电路结构复杂、操作不方便、耗能多。【课堂探究】第一部分测量思路与方法思考1：测金属丝的长度应选用什么测量工具？测量过程中有何注意事项？测量工具：毫米刻度尺；分度值1mm，可估读到0.1mm。测量思路：测量接入电路的电阻丝有效长度，多测几次求取平均值。【例】毫米刻度尺的使用。毫米刻度尺的最小分度值为1mm，测量时应精确到1mm，估读到0.1mm。请读出下图中物块的长度：65.5mm。思考2：测金属丝的横截面积应选用什么测量工具？测量过程中有何注意事项？测量思路：测量金属丝的直径d，间接得出金属丝的横截面积。测量方法：①若选刻度尺，利用累积法测直径；②选螺旋测微器或游标卡尺直接测量直径，在电阻丝的不同位置测量3次，求得直径的平均值。思考3：怎样测量导体的电阻呢？测量方法：伏安法测量思路：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＝第二部分测量电路的设计连接伏安法测电阻的电路时，电表有两种常见的接法，分别是：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”。思考1：如图所示，当电流表外接时，电压表和电流表的示数各是多少？计算得到的电阻表达式是怎样的？与实际值的差别是怎样的？电压表读数：，电流表示数：，电阻的测量值：由于，所以。误差来源于电压表的分流，分流越小，误差越小。所以在测量小电阻，即Rx<<RV情况下，使用外接法误差较小。思考2：当电流表内接时，如图所示，电压表和电流表的示数各是多少？计算得到的电阻表达式是怎样的？与实际值的差别是怎样的？电压表读数：，电流表示数：，电阻的测量值：由于，所以。误差来源于电流表的分压，分压越小，误差越小。所以测量大电阻，即Rx>>RA情况下，使用内接法误差较小。思考3：内接法与外接法怎样选择？当RxRA当RxRA当RxRA口诀：大内偏大，小外偏小。试探法：如图，按内、外接的方式依次连接，观察电流表、电压表示数变化情况。若伏特表示数有明显变化，即∆II若安培表示数有明显变化，即∆II第三部分控制电路的设计思考1：在测量电阻时，怎样改变电阻的电流、电压，以达到测多组数据的实验效果？在电路中接入滑动变阻器。思考2：滑动变阻器该如何接入电路呢？限流式：选滑动变阻器的一上一下两个接线柱，串联到电路中。思考3：在第2节学习过的滑动变阻器另一种接法的电路是什么？分压式：选滑动变阻器的一上两下三个接线柱。思考4：限流式接法有何特点？当滑片P处于A端：滑变接入阻值RP＝0；待测电阻所分电压最大，为U0；待测电阻的电流I＝当滑片P处于B端：滑变接入阻值RP＝Rmax；待测阻值所分电压最小RxR思考5：分压式接法有何特点？当滑片P处于A端：滑变全部阻值Rmax与Rx并联（RAP＝0；RBP＝Rmax与Rx并联）；待测电阻所分电压最大，为电源电压U0；待测电阻的电流I当滑片P处于B端：滑变接入全部阻值Rmax，此时Rx被短路（RAP＝Rmax；RBP＝0与Rx并联）；待测阻值所分电压最小，为0；待测电阻的电流为0思考6：两种接法的优缺点各有哪些？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调节，调节范围大。缺点：电路结构复杂、操作不方便、耗能多。思考7：怎样选择滑动变阻器的两种接法？当两种接法均可时，一般采用限流接法。以下3种情况必须用分压接法：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。思考8：怎样选择不同规格的滑动变阻器？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。第四部分伏安法测电阻的电路设计及仪表选择思考1：综合以上分析，伏安法测电阻的电路有哪些？分压外接法分压内接法限流外接法限流内接法由于电阻丝的电阻较小，做实验时，选择外接法；当不要求电压从0开始调节，可选择耗能较低的限流法。思考2：仪表选择的方法：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经济性原则第五部分测金属丝电阻率实验目的：测量金属丝的电阻率。实验电路图：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。实验步骤：①测直径：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：测有效长度，反复测量3次；③连电路：按原理图所示的电路图连接实验电路；④求电阻：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。测量导线长度和直径的数据记录表测量次数123平均值导线长l/m导线直径d/m测量导线电阻的数据记录表测量次数123电阻平均值电压U/V电流I/A电阻R/Ω注意：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00.6A量程），通电时间不宜太长，以免电阻率因温度升高而变化。误差分析：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。【视频】测定金属丝的电阻率。【自我测评】1．（2016上·西藏拉萨·高二阶段练习）如图所示，A、B、C、D是滑动变阻器的四个接线柱，现把此变阻器串联接入电路中，并要求滑片P向接线柱D移动时，电路中的电阻减小，则接入电路的接线柱是（）A．A和B B．A和C C．B和C D．B和D【答案】CD【详解】根据题意可知，为了在移动中电阻减小，应采用限流式接法，故应接入一上一下两个接线柱，而向D移动时电阻减小，则说明接入电路的是右半部分，故下端应接B端，而上端CD效果是相同的，故可以是B和C或者B和D，故CD正确，AB错误。故选CD。2．（2020上·北京海淀·高二北京二十中校考期末）在设计测量金属丝电阻Rx的实验电路时需要思考两个问题：①如何选择电流表的接法？如图乙所示，某同学采用试触的方法，让电压表的一端接在A点，另一端先后接到B点和C点。他发现电压表示数有明显变化，而电流表示数没有明显变化。据此应该选择电流表（填写“内接”或“外接”）的电路。电表的内阻可能对实验产生系统误差，请你就你选择的方案说明电表内阻对电阻率测量结果是否会产生影响；若产生影响，将导致电阻率的测量结果偏大还是偏小。()②如何选择滑动变阻器的接法？已知待测金属丝的电阻约为20Ω，实验室提供的滑动变阻器的最大阻值为5Ω，电源电动势为3V，需要选择滑动变阻器的（填写“分压式”或“限流式”）接法。【答案】外接由于电压表分流，导致电流表测量值偏大，电阻的测量值偏小，电阻率测量值偏小分压式【详解】①[2]因为电压表示数有明显变化，而电流表示数没有明显变化，所以电压表分流不明显，则采用电流表外接。[3]由于电压表分流，导致电流表测量值偏大，电阻的测量值偏小，电阻率测量值偏小。②[4]因为滑动变阻器的阻值比待测电阻的阻值小很多，所以滑动变阻器采用分压式接法。3．（2022·天津津南·天津市咸水沽第一中学校考模拟预测）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=。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；根据以上测量数据判断，当S2处于位置【答案】πRD24L0.655/0.653/0.654/0.656/0.657见解析【详解】①[1]根据电阻定律R=ρ解得电阻率为ρ=[2]螺旋测微器的精确值为0.01mm0.5②[3]实物连线如图所示③[4][5]根据ΔUU可知，电压表示数变化较大，说明电流表分压作用较大，因此采用电流表外接法测量时相对准确，即S2处于位置bR4．（2022上·湖北·高三校联考阶段练习）某同学测量一捆铜导线的长度L，所用器材有：学生电源E，阻值为R0的定值电阻，电压表V1和V2（1）用游标卡尺在不同部位测量铜导线横截面的直径D，测量时铜导线应卡在图（a）所示的游标卡尺的部位（选填“A”“B”“C”“D”“E”“F”或“G”），某次测量的示数如图（b）所示，为mm；（2）按图（c）连接电路，a、b间粗实线表示铜导线，闭合开关S，调节电阻箱，记录两块电压表和电阻箱的示数，绘制出图（d），则铜导线的电阻值R'=Ω；查表可知铜的电阻率为ρ，用ρ、D、R'表示这捆铜导线的长度为L（3）若考虑电压表内阻的影响，则由图（d）测得铜导线的电阻值（选填“大于”“小于”或“等于”）R'【答案】C1.71.2/65πD【详解】（1）[1]测量铜导线横截面的直径D时，应该用外测量爪C。[2]游标卡尺读数为1mm+7×0.1mm=1.7mm（2）[3]根据串联电路电流相等可得U得U结合图线斜率可得k解得R[4]由R得L（3）[5]由（2）知斜率R'与R5．（2022下·河北石家庄·高一石家庄市藁城区第一中学校考阶段练习）在测量某金属丝电阻率的实验中，（1）用图甲所示电路测量，要求电压能从零开始测量，并能多测量几组数据，请用笔画线代替导线，在图甲中仅添加一根导线完成实验的电路连接。()（2）实验时，闭合开关前滑片应置于滑动变阻器的（选填“左”或“右”）端；测量结束后，应先断开开关，再拆除导线，最后整理好器材。（3）实验中，测量数据如下表所示。请你在图乙中描出金属丝的U﹣I图像。()实验次数123456U/V0.901.201.501.802.102.40I/A0.180.240.310.370.430.49（4）由U﹣I图像计算出金属丝的电阻为R=。（5）测出金属丝的长度L和直径d，根据电阻定律推导出金属丝电阻率的表达式为()。【答案】左4.8Ω/4.9Ω/5.0Ω/5.1Ωρ=πRd【详解】（1）[1]实验要求电压能从零开始测量，滑动变阻器应采用分压接法，实物电路图如图所示：（2）[2]滑动变阻器采用分压接法，为保护电路，实验时闭合开关前滑片应置于滑动变阻器的左端。（3）[3]根据表中实验数据在坐标系内描出对应点，让尽可能多的点过直线，不能过直线的点对称分布在直线两侧，根据坐标系内描出的点作出图像如图乙所示：（4）[4]由图示图像，根据欧姆定律可知，金属丝的电阻R=UI=3.00（5）[5]由电阻定律得R=ρ电阻率ρ=【学