教科版高中物理必修第三册第二章电路及其应用4实验-测量金属的电阻率课件

知识点1游标卡尺4

实验:测量金属的电阻率知识清单破1.构造:游标卡尺主要由主尺和游标尺组成。

2.原理:游标卡尺是利用主尺的单位刻度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都比主尺上同样多的

小等分刻度少1mm。3.精度:常用的游标卡尺有10分度、20分度和50分度三种。分度刻度总长度每小格与1mm的差值精度(可精确到)109mm0.1mm0.1mm2019mm0.05mm0.05mm5049mm0.02mm0.02mm4.读数:若用x表示由主尺上读出的整毫米数,K表示游标尺上零刻度线右边第K条刻度线与主

尺上某一刻度线对齐,则记录结果表示为x+K×精度mm。1.构造:如图所示。2.原理:测微螺杆P与固定刻度G之间的精密螺纹的螺距为0.5mm,即粗调旋钮K每旋转一周,P

前进或后退0.5mm。可动刻度H上有50个等分刻度,每转动一小格,P前进或后退0.01mm,即精度为0.01mm。读数时误差出现在毫米的千分位上,因此,螺旋测微器又叫千分尺。知识点2螺旋测微器3.读数:从固定刻度上读取整毫米或半毫米数,然后从可动刻度上读取剩余部分,再把两部分

读数相加得到测量值。即测量值d=固定刻度读数+可动刻度数×0.01mm。

1.实验思路:取一段金属电阻丝连接到实验电路中,只要测出电阻丝的电阻R、长度l和直径d,

就可以计算出该电阻丝所用材料的电阻率,即ρ=

=

。

知识点3金属丝电阻率的测量2.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刻度尺,在测量电阻丝的长度时,测

量的并不是电阻丝的总长度,而是接入电路的有效长度l,反复测量多次,得到有效长度的平均

值。(3)电阻丝直径的测量:因为电阻丝比较细,直接用刻度尺测量会产生比较大的误差。选择测

量工具时,既要考虑使用的方便,也要考虑测量误差的大小。3.数据分析将三个测量值代入ρ=

=

,计算得出金属丝的电阻率。1.做本实验时,能否使用毫米刻度尺测量金属丝接入电路的长度和直径?2.用螺旋测微器测金属丝直径时,应注意哪些问题?3.若待测金属导线是漆包线,用小刀刮掉漆皮再测量金属导线的直径,这种方法可以吗?4.实验中用伏安法测金属丝电阻时,为方便操作,开关一直闭合,待多次测量完毕再断开开

关。这样操作对吗?知识辨析一语破的1.可用毫米刻度尺测量金属丝接入电路的长度,但金属丝较细,其直径用毫米刻度尺测量误差

较大,应用游标卡尺或螺旋测微器测量。2.应选不同的位置测量3次,再取平均值。3.不可以。若待测金属导线是漆包线,应该用火烧去其表面的漆皮,轻轻抹去灰尘后再测金属

导线的直径,不可用小刀去刮掉漆皮。4.不对。金属的电阻率随温度升高而增大,这会影响实验的准确性,所以实验中每测一组电

压、电流值应及时把开关断开,防止金属丝温度升高。关键能力定点破1.电流表的内接法和外接法的比较定点1伏安法测电阻两种接法的比较和电路的选择

内接法外接法电路

误差来源电流表分压U测=Ux+UA电压表分流I测=Ix+IV适测阻值大电阻小电阻电阻测量值R测=

=Rx+RA>Rx测量值大于真实值R测==

<Rx测量值小于真实值温馨提示

可简记为“大内偏大,小外偏小”。2.电路选择方法(1)阻值比较法:先将待测电阻的估计值与电压表、电流表内阻进行比较,若Rx较小,宜采用电

流表外接法;若Rx较大,宜采用电流表内接法。(2)临界值计算法Rx≪

时,用电流表外接法;Rx≫

时,用电流表内接法。(3)实验试触法:按如图所示电路图接好电路,让电压表的可动接线端先后与a、b处接触一下,

如果电压表的示数有较大的变化,而电流表的示数变化不大,则可采用电流表外接法;如果电

流表的示数有较大的变化,而电压表的示数变化不大,则可采用电流表内接法。温馨提示

由内接法和外接法的误差来源可知,当电流表的量程合适且内阻已知时,选用内

接法误差较小。1.在求Rx的平均值时可用两种方法(1)用Rx=

分别算出各次的数值,再取平均值。(2)用U-I图线的斜率求出。定点2金属丝电阻率的测量的数据处理和误差分析注意

若采用图像法,在描点时,要尽量使各点间的距离拉大一些,连线时要尽可能地让各点

均匀分布在直线的两侧,个别明显偏离较远的点可以不予考虑。2.计算电阻率:将记录的数据Rx、l、d的值代入电阻率计算式ρ=Rx

=Rx

。3.误差分析(1)金属丝的横截面积是利用直径计算而得的,直径的测量是误差的主要来源之一。(2)采用伏安法测量金属丝的电阻时,由于采用的是电流表外接法,因此测量值小于真实值,故

电阻率的测量值偏小。(3)金属丝的长度测量、电流表和电压表的读数等会带来偶然误差。(4)由于金属丝通电后发热升温,会使金属丝的电阻率变大,造成测量误差。4.注意事项(1)本实验中待测金属丝的电阻值较小,因此实验电路一般采用电流表外接法。(2)实验连线时,应先从电源的正极出发,将电源、开关、电流表、待测金属丝、滑动变阻器

连成主干线路,然后再把电压表并联在待测金属丝的两端。(3)测量金属丝的有效长度,是指测量金属丝接入电路的两个端点之间的长度,即电压表两端

点间的待测金属丝长度,测量时应将金属丝拉直,反复测量三次,求其平均值。(4)测量金属丝直径一定要选三个不同部位进行测量,求其平均值。(5)闭合开关S之前,一定要将原理图中滑动变阻器的滑片移到阻值最大处。(6)在用伏安法测电阻时,通过待测金属线的电流I不宜过大(电流表用0~0.6A量程),通电时间

不宜过长,以免金属丝的温度明显升高,造成其电阻率在实验过程中逐渐增大。典例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(内阻几千欧)、电流表(内阻几欧)【1】、

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【2】,结果分别如图1和图2

所示,可得其长度L=

cm,直径D=

mm。

图159.400.435(0.434~0.436均可)

图2(2)该同学要用图像法求出待测金属丝的阻值,要求电压从零开始变化【3】。请将图3所示实物

电路图中所缺导线补全。

(3)图4是根据实验中测得的6组电流I、电压U的值描绘的点,由图可求出电阻值R=

图35.75(5.70~5.80均可)Ω(保留3位有效数字)。

图4(4)请写出待测金属丝的电阻率ρ的表达式ρ=

(用测得的物理量符号和已知量表

示)。信息提取

【1】金属丝的电阻较小,与电压表、电流表内阻相比较,确定电流表采用内接法

还是外接法。【2】螺旋测微器的读数=固定刻度读数(注意半毫米刻度线是否露出)+可动刻度数(估读一

位)×0.01mm。【3】电压从零开始变化,滑动变阻器采用分压式接法。思路点拨

解答本题要分五步走。第一步:螺旋测微器读数时,要先读出固定刻度读数,再读出可动刻度读数,然后相加即可得出

结果。第二步:根据题意,确定电流表的连接方式。第三步:要求电压从零开始变化,确定滑动变阻器的连接方式。第四步:根据U-I图上所标的点,作出U-I图线,算出斜率可得出电阻值【4】。第五步:根据电阻定律【5】,求出电阻率。解析

(1)毫米刻度尺的分度值为1mm,由图可知,待测金属丝的长度测量值为59.40cm。螺

旋测微器的读数为0+43.5×0.01mm=0.435mm,即待测金属丝直径测量值为0.435mm(由

【2】得到)。(2)要求电压从零开始变化,故滑动变阻器采用分压式接法(由【3】得到);待测金属丝电阻较

小,电流表采用外接法(由【1】得到)。实物电路图连接如图所示。

(3)在题图中用直线拟合各数据点,使直线通过尽可能多的点,不在直线上的点均匀分布在直线两侧,舍弃离直线较远的点,如图所示。

直线的斜率表示待测金属丝的电阻,根据所画直线可得R≈5.75Ω(由【4】得到)。(4)由于R=ρ

(由【5】得到),S=

,解得ρ=

。答案

(1)59.40

0.435(0.434~0.436均可)

(2)图见解析

(3)5.75(5.70~5.80均可)

(4)

1.伏安法的变形——安安法、伏伏法测电阻(1)安安法测电阻即用两个电流表测电阻。在缺少合适的电压表的情况下,常用已知内阻的

电流表串联一个定值电阻代替电压表使用,另一个不知内阻的电流表用来测电流。(2)伏伏法测电阻即用两个电压表测电阻。在缺少合适的电流表的情况下,常用已知内阻的

电压表代替电流表使用,另外一个不知内阻的电压表用来测电压。定点3其他方法测电阻2.等效替代法测电阻

电流等效替代电压等效替代实验电路图

实验步骤(1)闭合S1、S2,调节滑片P,使电流表指针指在适当的位置,记下此时电流表的示数为I0(2)断开S2,闭合S3,保持滑动变阻器滑片P位置不变,调节电阻箱,使电流表的示数仍为I0(3)此时电阻箱接入电路的阻值R0与未知电阻Rx的阻值等效,即Rx=R0(1)闭合S1、S2,调节滑片P,使电压表指针指在适当的位置,记下此时电压表的示数为U0(2)断开S2,再闭合S3,保持滑动变阻器滑片P位置不变,调节电阻箱,使电压表的示数仍为U0(3)此时电阻箱接入电路的阻值R0与未知电阻Rx的阻值等效,即Rx=R03.半偏法测电表内阻

电流表半偏法电压表半偏法实验电路图

实验步骤(1)按如图所示连接实验电路。(2)断开S2,闭合S1,调节R1,使电流表指针满偏。(3)保持R1不变,闭合S2,调节R2,使电流表指针半偏,然后读出R2的值,则RA=R2(1)按如图所示连接实验电路。(2)闭合S1、S2,调节R1的滑片,

使电压表指针满偏。(3)