高中物理 《测定金属的电阻率》课件 新人教版必修1

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图2
5
(2)用途：测量厚度、长度、深度、内径、外径。
6
@《创新设计》
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(3)原理：利用主尺的最小分度与游标尺的最小分度的差值制成。 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样多的 小等分刻度少1 mm。常见的游标尺上小等分刻度有10个、20个、50个的，其规格 见下表：
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@《创新设计》
解析 (1)圆柱体的直径为1.5 mm＋34.2×0.01 mm＝1.842 mm；长度为42 mm＋
8×0.05 mm＝42.40 mm＝4.240 cm。
(2)由欧姆定律 R＝UI 和电阻定律 R＝ρSL，
联立得 ρ＝RLS＝UILS＝π4DI2LU。 答案 (1)1.842(1.841～1.844 均可)
刻度格数 (分度) 10 20 50
刻度总长度 1 mm与每小格的差值
9 mm 19 mm 49 mm
0.1 mm 0.05 mm 0.02 mm
精确度 (可精确到)
0.1 mm 0.05 mm 0.02 mm
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(4)读数：若用x表示从主尺上读出的整毫米数，K表示从游标尺上读出与主尺上某 一刻度线对齐的游标的格数，则记录结果表示为(x＋K×精确度) mm。
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(3)如图甲所示
甲
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@《创新设计》
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(4)选尽可能多的点连成一条直线，不在直线上的点均匀分布在直线两侧，如图乙 所示。
乙
图线的斜率反映了金属丝的电阻，因此金属丝的电阻值 Rx＝ΔΔUI ≈4.4 Ω。
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(5) 根 据
R
＝
ρ

1．练习伏安法测电阻，并测出金属丝 的电阻率。
2．练习使用螺旋测微器。
【螺旋测微器】
（1）构造：
测微螺杆P
（2）原理： 可动刻度H上的刻度分 为50等份，螺旋测微器 的精确度为0.01 mm。
框架F
固定刻度 S
旋钮K
可动刻度H
微调旋钮 K′
0.486mm
0.536mm
4.078mm
1．实验测定金属电阻率的理论依据是电阻定律。 2．金属丝的电阻值可以用伏安法测出。 3．金属丝的长度应用毫米刻度尺测定，金属丝 的直径可以用螺旋测微器测定。 4．螺旋测微器的读数规则 测量值＝固定刻度整毫米数(＋半毫米数)＋可动
___C_____(填选项前的符号)。
A．1×10－2 Ω·m
B．1×10－3 Ω·m
C．1×10－6 Ω·m
D．1×10－8 Ω·m
(6)任何实验测量都存在误差，本实验所用测量仪 器均已校准，下列关于误差的说法中正确的是 __C_D_____(有多个正确选项)。 A．用螺旋测微器测量金属丝直径时，由读数引起 的误差属于系统误差
刻度读数(含估读)×0.01 mm。
毫米刻度尺、螺旋测微器、直流电流表、 直流电压表、滑动变阻器(0～50 Ω)、电 池组、开关、导线、待测金属丝等。
(1)用螺旋测微器在被测金属导线上的三个不同位置各测一次
直径，求出其平均值d，计算出导线的横截面积S.
(2)按原理电路图连接好用伏安法测电阻的实验电路． (3)用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属导线的有效长度，
七、误差分析 1．金属丝直径、长度的测量带来偶然误差。 2．电流表外接法，R 测<R 真导致 ρ 测<ρ 真(系统误差)。 3．通电时间过长，电流过大，都会导致电阻率发生变化(系 统误差)。

实验时的主要步骤如下： ①用刻度尺量出导线ab的长度l，用螺旋测微器测出导线的直径d。 ②按如图甲所示电路将实验所需器材用导线连接好。 ③闭合开关S，移动接线触片P，测出aP长度x，读出电压表的示数U。 ④描点作出U-x图线求出金属导线的电阻率ρ。
完成下列填空： (1)用螺旋测微器测量金属导线的直径d，其示数如图乙所示，
该金属导线的直径d=__0__.8_7_0____mm。
(2)如果实验时既要保证安全，又要测量误差较小，保护电阻R0
应选__R_2___。
解析：(1)根据螺旋测微器读数规则， 该金属导线的直径d=0.5 mm+37.0×0.01 mm=0.870 mm。 (2)根据题述可知电源输出电压恒为E=12 V，电压表V的量程为3 V， 保护电阻R应该分压9 V。由于被测金属导线ab的电阻约为10 Ω， 所以保护电阻R0应选R2=30 Ω。
H.开关、导线若干。
(1)上述器材中，电流表应选______，电压表应选_________，滑动变阻器应 选______(填写器材前的字母)。为使通过待测金属丝的电流能从0～0.5 A范围 内改变，电路应选_____(填写甲、乙、丙、丁)。
解析：(1)由于电源电动势为3
V，由I=
E Rr
5
3
1A=0.5
(3)根据多次实验测出的aP长度x和对应每次实验读出的电压表的示数U画出的 U-x图线如图丙所示，其中图线的斜率为k，则金属导线的电阻率ρ=__4k_(RE_2－_dk_2l)_。
(用实验器材中给出的物理量字母和实验步骤中测出的物理量字母表示)
解析：(3)被测金属导线横截面积S=
d 4
2
，aP段电阻Rx=
为I=
3V 20

，可得金属的电阻率
.
有效长度，反复测量三次，求出其平均值.
R、l、d的，代入公式中
，计算金属导线的电阻率.
电路经检测查确认无误后，闭合电键,改变变阻器滑片的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值，记入记录表格.
误差来源、测量结果、电路选用条件
高中物理实验测金属丝的电阻率
误差来源、测量结果、电路选用条件 误差来源、测量结果、电路选用条件
误差来源、测量结果、电路选用条件
出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值，记入记录表格.断开 高中物理实验测金属丝的电阻率
用毫米刻度尺测一段金属导线的长度l，用螺旋测微器测量导线的直径d，用伏安法测导线的电阻R，根据电阻定律
，可得金属的电阻率
.有效长电度，键反复，测量求三次出，求导出其线平均值电. 阻R的平均值.
高二物理§测定金属丝的电阻率
高中物理实验测金属丝的电阻率
河北武邑中学 伊云川
高二物理§测定金属丝的电阻率
复 习
A V
E,r K
误差来源、测量结果、电路选用条件
河北武邑中学 伊云川
高二物理§测定金属丝的电阻率
复 习
用毫米刻度尺测一段金属导线的长度l，用螺旋测微器测量导线的直径d，用伏的直径d，用伏安法测导线的电阻
理
R，根据电阻定律
，R可得 金S 属的电阻
率
RS. d2R
l
l 4l
河北武邑中学 伊云川
高二物理§测定金属丝的电阻率
二 1.用螺旋测微器在被测金属导线上的三个不同位置各测一次直径，求出其
、
实 平均值d.
验 步
2.按电路图连接电路,调节滑动变阻器的滑片使滑动变阻器接入电路中的阻

(4)P为上图中图线上的一点，PN为图线上P点的切线， PQ为U轴的垂线，PM为I轴的垂线，下列说法中正确的是
() A．随着所加电压的增大，小灯泡的电阻增大 B．随着所加电压的增大，小灯泡的电阻减小 C．对应P点，小灯泡的电阻约为5.33Ω D．对应P点，小灯泡的电阻约为24.0Ω
[解析] (1)由灯泡的规格“4V 2W”可知，额定电
实验目的 1．学会使用各种常用电学仪器以及正确读数． 2．学会使用螺旋测微器以及正确读数． 3．学会用伏安法测量电阻的阻值，从而测出金属的 电阻率．
实验原理 1．把金属丝接入电路中，用伏安法测导线的电阻 R(R ＝UI )．电路原理如图所示． 2．用米尺量得接入电路中 的金属丝的有效长度 l，用螺 旋测微器量得金属丝的直径，算出横截面积 S. 3．利用电阻定律 R＝ρSl ，得出金属丝电阻率的公式 ρ ＝RlS.
6．拆去实验线路，整理好实验器材．
注意事项 1．(1)为了准确，应在金属丝连入电路前测其直径并 求平均值，应测量拉直悬空的连入电路的金属丝的有效长 度，且各三次，取平均值． (2)由于被测导线电阻较小，测量电路应选用电流表 外接线路，且测电阻时，电流不宜过大，通电时间不宜太 长． (3)为准确求出R平均值，应采用U－I图象法求电阻． (4)对螺旋测微器读数时，毫米的整数部分由固定刻 度读出，并且注意半毫米刻度线是否露出．
数据处理 实验中，在调节滑动变阻器的滑片位置改变灯泡两 端电压时，尽量使灯泡的电压变换有规律，再对应地读电 流值，然后再根据所取的电压、电流的最大值，选取适当 的横、纵坐标分度，描点画图，这样可以使所取的点在坐 标平面内分布的尽量大而且点子分布疏密程度均匀一些．
注意事项 1．本实验中被测小灯泡灯丝的电阻值较小，因此测 量电路必须采用电流表外接法． 2．本实验要作出U－I图线，要求测出一组包括零在 内的电流、电压值，故控制电路必须采用分压接法． 3．为保护元件不被烧毁，开关闭合前变阻器滑片应 位于图中的A端． 4．加在灯泡两端的电压不要超过灯泡的额定电压． 5．连图线时曲线要平滑，不在图线上的数据点应均 匀分布在图线两侧，一定不要画成折线．

(2)连线如图所示．
课堂总结
重点：螺旋测微器的读数，金属电阻率的测量、伏安法测电阻 注： 1、电阻丝的长度应在接入电路拉直之后进行测量 2、因为待测电阻阻值较小，所以采用电流表外接法
3、注意千分尺的读数 4．电流不宜太大(电流表用0～0.6 A量程)，通电时间不宜太长． 5．实验（实物）连线时，应先从电源的正极出发，依次将电源、开关、电 流表、待测金属丝、滑动变阻器连成干路，然后再把电压表并联在待测金属 丝的两端.
【答案】
①A1、R1
②b
πUD2 4IL
图 7－3－9
知能优化演练
B 组 高考题组
4．(2013·安徽高考)(1)在测定一根粗细均匀合金丝电阻率
的实验中，利用螺旋测微器测定合金丝直径的过程如图 7－3
－10 所示，校零时的读数为________mm，合金丝的直径为
________mm.
图 7－3－10
三、实验器材
毫米刻度尺、螺旋测微器、直流电流表和直流 电压表、滑动变阻器(阻值范围0～50 Ω)、电 池组、电键、被测金属丝、导线若干．
过程分析导引
一、实验步骤 1．用螺旋测微器在被测金属导线上的三个不同 位置各测一次直径，求出其平均值 d，计算出导 线的横截面积 S＝π4d2. 2．按图 7－3－1 所示的原理电路图连接好用伏 安法测电阻的实验电路． 3．用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属导 线的有效长度，反复测量 3 次，求出其平均值 l.
定量判定法——“大内偏大，小外偏小” 试触法
回忆： 滑阻限流接法和分压接法
(1)限流接法和分压接法的比较
(2)关于限流接法和分压接法的选择问题 ①通常情况下(满足安全条件)，由于限流电路耗能较小，结构 连接简单，因此，优先考虑以限流接法为主． ②下列三种情况下，必须采用分压接法

2．用米尺测量金属丝的长度 l，用螺旋测微器测量 金属丝的直径，算出横截面积 S.
3．利用电阻定律 R＝ρSl ，得出金属丝电阻率的公式 ρ＝RlS.
• 三、实验器材
• 金属丝、毫米刻度尺、螺旋测微器、电压 表、电流表、直流电源、电键、滑动变阻 器、导线若干．
• 四、实验步骤
• 1．用螺旋测微器在被测金属导线上三个 不同的位置各测一次直径，求出其平均值 d.计算出导线的横截面积S.
• (三)游标卡尺的原理及使用
• 1．构造
• 主要部分是一条主尺和一条可以沿着主尺 滑动的游标尺，也称游标．如图5所示．
• 2．原理
• 游标共有n个分格，而n个分格的总长和主 尺的(n－1)个分格的总长相等．设主尺每 个分格的长度为y，游标每个分格的长度 为x，则有nx＝(n－1)y.
主尺与游标每个分格之差 y－x＝ny为游标卡尺的 最小读数值，即游标卡尺的精确度．各种规格的游标卡 尺上，游标尺的分度数 n 是不同的，如 0.1 mm 规格的 游标卡尺，n 为01.1＝10；0.05 mm 规格的游标卡尺，n 为0.105＝20.
第三单元 实验：测定金属的电阻率
• 一、实验目的
• 1．掌握电流表、电压表和滑动变阻器的 使用方法；
• 2．掌握螺旋测微器的使用和读数方法；
• 3．会用伏安法测电阻，进一步测定金属 的电阻率．
二、实验原理 1．把金属丝接入电路中，用伏安法测导线的电阻 R(R ＝UI )．电路原理如图 1 所示．
• 3．测量被测金属导线的有效长度，是指 测量待测导线接入电路的两个端点之间的 长度，亦即电压表两端点间的待测导线长
• 4．测金属丝直径一定要选三个不同部位 进行测量．
• 5．闭合开关S之前，一定要使滑动变阻 器的滑片处在有效电阻值最大的位置．

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(2)如图所示。
(3)待测电阻 Rx＝I2IR1－0＋I2r2，其中 I1、I2 分别为 A1 和 A2
表示数，R0 与 r2 分别为定值电阻和 A2 内阻的阻值。
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解析：(1)由于电源电动势为 4 V，电压表 V 量程为 15 V，达不 到其量程的三分之一，故电压表不能使用；可用电流表 A2 与定 值电阻 R0 串联扩大其电压量程，当作电压表与电流表 A1 配合 使用伏安法测量待测电阻阻值，由于改装的电压表内阻已知， 故 电 流 表 A1 采 用 外 接 法 ， 改 装 的 电 压 表 电 压 量 程 为 20 mA×130 Ω＝2.6 V，滑动变阻器最大阻值为 5 Ω，无法起到限 流作用，故滑动变阻器采用分压式接法；此时考虑到干路最小 电流约为ER＝0.8 A，故滑动变阻器只能选择 R1，经过估算当电 流表 A1 满偏时，电流表 A2 也正好满偏，非常匹配，因此满足 电表读数不得小于量程的三分之一。故器材选择 ABDEGH。
(2)临界值计算法： Rx< RVRA时，用电流表外接法； Rx> RVRA时，用电流表内接法。
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(3)实验试探法：按图所示接好电路，让电压表一根接线柱 P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。
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E．直流电源(20 V，允许最大电流 1 A)； F．滑动变阻器(最大阻值 1 kΩ，额定功率 1 W)； G．电键和导线若干。 电流表应选_______，电压表应选_______。(填字母代号) 该同学正确选择仪器后连接了以下电路，为保证实验顺利 进行，并使测量误差尽量减小，实验前请你检查该电路，指出 电路在接线上存在的问题：

图实 10－2
(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＝1.35 V，I1＝0.30 A；当 S2 处于位置 b 时，电压表和电流表的示数分别为 U2＝0.92 V，I2＝0.32 A．根据以 上测量数据判断，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)．
图实 10－5
(2)如果实验时既要保证安全，又要测量误差较小，保护电阻 R 应选________．
图实 10－6 (3)根据多次实验测出的 aP 长度 x 和对应每次实验读出的电压表的示数 U 作出的 U－ x 图线如图实 10－6 所示，其中图线的斜率为 k，则金属导线的电阻率 ρ＝________．(用 实验器材中给出的物理量字母和实验步骤中测出的物理量字母表示)
实验时的主要步骤如下：
①用刻度尺量出导线 ab 的长度 l，用螺旋测微器测出导线的直径 d. ②按如图实 10－4 所示电路将实验所需器材用导线连接好．
图实 10－4 ③闭合开关 S，移动接线触片 P，测出 aP 长度 x，读出电压表的示数 U. ④描点作出 U－x 曲线，求出金属导线的电阻率 ρ. 完成下列填空： (1)由螺旋测微器测量金属导线的直径 d，其示数如图实 10－5 所示，该金属导线的直 径 d＝________mm.
A．电流表(量程 0～100 μA，内阻约为 100 Ω) B．电阻箱(范围 0～9.9 Ω) C．电阻箱(范围 0～999.9 Ω) D．电阻箱(范围 0～99 999 Ω) E．电源(电动势 3 V，内阻不计) F．电源(电动势 6 V，内阻不计) G．开关和若干导线 (1)电路图中 R1 应选________，R2 应选________，电源应选________．(填入所选器材 的字母代号) (2)实验中读得 R2 的阻值为 100 Ω ，若将此电流表改装成量程为 3 V 的电压表，应 ________联一个阻值为________Ω 的电阻．

▪ 解析：螺旋测微器的固定刻度中半毫米刻 度线已露出，固定刻度读数为8.5 mm， 中心轴线对准可动刻度上的第37刻度线， 可动刻度读数为0.01×37.0 mm＝0.370 mm，最终读数为8.5 mm＋0.370 mm＝ 8.870 mm.
▪ 答案：8.870
题 型 仪器选择及电路图的连
▪2中，用螺旋在测“微测器定测金量属金的接属电丝阻直率径”时的的实刻验
电阻值相对比较小，所以选择分压式接法；根据RRVx >RRAx 可
知，电流表应选外接法，如图所示：
▪ 答案：(1)50.15 (2)4.700 (3)见解析
▪ 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．
题型 1
仪器读数及误差分析
▪
(2015·深圳中学期中)在测量金
属丝电阻率的实验中，
▪ (1)用螺旋测微器测量时，可以精确到 ________mm，读出图1情况下的测量结 果________cm.
▪ (2)螺旋测微器的固定刻度读数为4.5 mm， 可动刻度读数为0.01×20.0 mm＝0.200 mm，所以最终读数为：4.5 mm＋0.200 mm＝4.700 mm.
(3)电源电动势为 4 V，故电压表应选 V1，最大电流约
为 Im＝RAE＋R≈12 mA，则电流表应选 A2，滑动变阻器的
▪ 下图所示是常用的螺旋测微器．它的小砧 A和固定刻度B固定在框架C上，旋钮D、 微调旋钮D′和可动刻度E、测微螺杆F连 在一起，通过精密螺纹套在B上．精密螺 纹的螺距是0.5 mm，即每旋转一周，F前 进或后退0.5 mm.可动刻度分成50等 份．每一等份表示0.1 mm，即可动刻度 每转过1等份，F前进或后退0.01 mm，因