2020春新教材高中物理 第3章 恒定电流 第6节 科学测量：金属丝的电阻率教案 鲁科版必修第三册

第6节科学测量：金属丝的电阻率核心素养科学探究科学态度与责任能提出并准确表述在实验中可能遇到的物理问题；能在他人指导下制订实验方案，能选用电流表和电压表进行实验，能考虑实验中的安全问题；能分析实验数据，测得金属丝的电阻率；能撰写完整的实验报告，在报告中能呈现设计实验表格，以及数据分析过程和实验结论，能进行反思与交流。注意提升实验设计能力、实验器材的选用能力和误差分析能力。有主动应用科学知识帮助他人解决问题的意识。一、伏安法测电阻1.伏安法测电阻的原理r2.伏安法测电阻的两种电路形式接法比较内容内接法外接法电路误差分析电压表示数uvuruaur电流表示数iairr测r真电压表示数uvur电流表示数iairivir，r测ur，iir，则rx1r真；图乙中，因为rx2，r真，iir，uur，则rx2r真。答案rx1大于小于二、仪器读数和实验原理例2 在“测定金属的电阻率”的实验中，某同学进行了如下测量：(1)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。其中一次测量结果如图甲所示，金属丝的另一端与刻度尺的零刻度线对齐，图中读数为_cm。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。其中一次测量结果如图乙所示，图中读数为_mm。(2)采用如图所示的电路测量金属丝ab的电阻。调节滑动变阻器，若其中一次测量两表读数分别如图中(a)、(b)所示，则电压表读数为_v，电流表读数为_a，ab电阻的测量值大小为_(保留1位小数)，根据所连接的电路可知，该电阻的测量值比真实值_(填“偏大”或“偏小”)。(3)根据以上测量值，求出电阻率_m。(答案保留两位有效数字)解析解析(1)刻度尺的最小分度是1 mm，故金属丝的测量长度为24.13 cm。螺旋测微器中主尺半毫米刻度线已露出，故金属丝的直径为0.518 mm。(2)从电路实物图可知，电压表量程为03 v，读数为2.17 v。电流表量程为00.6 a，故读数为0.16 a。故r 13.6 。由于电流表采用外接法，电压表的内阻不是无穷大，电压表分流，故电流表的测量值大于真实值，由r可知，电阻的测量值偏小。(3)由r，r，sd2，可得1.2105 m。答案(1)24.13(24.1124.15 cm之间均对)0.518(0.5150.519 mm之间均对)(2)2.17(2.152.19 v之间均对)0.1613.6(13.413.7 之间均对)偏小(3)1.2105三、实验过程和数据处理例3 在“测定金属的电阻率”的实验中，所用金属电阻丝的电阻约为30 。现通过以下实验测量该金属材料的电阻率。(1)用螺旋测微器测量电阻丝直径，其示数如图甲所示，则该电阻丝直径的测量值d_ mm。(2)实验中能提供的器材有开关、若干导线及下列器材：电压表v1(量程03 v，内阻约3 k)；电压表v2(量程015 v，内阻约15 k)；电流表a1(量程0100 ma，内阻约5 )；电流表a2(量程00.6 a，内阻约0.1 )；滑动变阻器r1(010 )；滑动变阻器r2(01 k)；电源e(电压为4.5 v)。为了便于调节电路并能较准确地测出电阻丝的阻值，电压表应选_，电流表应选_，滑动变阻器应选_。(3)在图乙框中画出该实验的实验原理图，要求：能改变电阻丝的测量长度和进行多次测量。(4)利用测量数据画出ul图线，如图丙所示，其中(l0，u0)是ul图线上的一个点的坐标。根据ul图线，用电阻丝的直径d、电流i和坐标(l0，u0)可计算出电阻丝的电阻率_。(用所给字母表示)解析(1)螺旋测微器的固定刻度的读数为0，可动刻度的刻度为18.30.01 mm0.183 mm。所以螺旋测微器的读数为0.183 mm。(2)由于电源e电压为4.5 v，若选用电压表v2则读数误差较大，所以电压表应选v1；由于电路中的最大电流为im0.15 a，所以电流表应选a1；为了便于调节电路并能较准确地测出电阻丝的阻值并能改变电阻丝的测量长度和进行多次测量，且能有效地控制不超出电压表的量程，所以供电电路应用分压式，滑动变阻器应选r1。(3)供电电路用分压式，6，100，即电流变化明显一些，可见电压表内阻带来的影响比电流表内阻带来的影响大，故应采取内接法，rx543 ，此法得到的电阻测量值偏大，因此选项b正确。答案b4.在“测定金属丝的电阻率”的实验中，可供选用的器材如下：待测金属丝：rx(阻值约4 ，额定电流约0.5 a)；电压表：v(量程3 v，内阻约3 k)；电流表：a1(量程0.6 a，内阻约0.2 )；a2(量程3 a，内阻约0.05 )；电源：e1(电源电压为3 v)；e2(电源电压为12 v)；滑动变阻器：r(最大阻值约20 )；螺旋测微器；毫米刻度尺；开关s；导线。(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图所示，读数为_ mm。(2)若滑动变阻器采用限流式接法，为使测量尽量精确，电流表应选_，电源应选_(均填器材代号)，在虚线框中画出电路原理图。 解析(1)螺旋测微器的读数为1.5 mm27.50.01 mm1.775 mm。(2)在用伏安法测电阻的实验中，为使测量尽量精确，则电流表、电压表指针需达到半偏以上，又因待测金属丝的额定电流约0.5 a，所以电流表选a1，电源选e1，电流表外接。电路原理图如图所示。答案(1)1.775(1.7731.777均正确)(2)a1e1电路原理图见解析图能力提升5.用伏安法测电阻，可采用如图所示的甲、乙两种接法。所用电压表内阻为5 000 ，电流表内阻为0.5 。(1)当测量100 左右的电阻时，宜采用图_电路。(2)现采用图乙所示电路测量某电阻的阻值时，两电表的读数分别为10 v、0.5 a，则此电阻的测量值为_ ，真实值为_ 。解析(1)50，200，与rxrv和rxra两处条件相比，显然待测电阻更符合rxra，这说明因电流表的分压造成的误差要比因电压表的分流造成的误差小，所以选择图甲所示电路。(2)r测20 rx中电流iri测iv0.5 a a0.498 a所以r真20.08 。答案(1)甲(2)2020.086.某同学利用如图甲所示电路测量量程为2.5 v 的电压表的内阻(内阻为数千欧姆)，可供选择的器材有：电阻箱r(最大阻值99 999.9 )，滑动变阻器r1(最大阻值50 )，滑动变阻器r2(最大阻值5 k)，直流电源e(电动势3 v)，开关1个，导线若干。实验步骤如下按电路原理图甲连接线路；甲将电阻箱阻值调节为0，将滑动变阻器的滑片移到与图中最左端所对应的位置，闭合开关s；调节滑动变阻器，使电压表满偏；保持滑动变阻器滑片的位置不变，调节电阻箱阻值，使电压表的示数为2.00 v，记下电阻箱的阻值。回答下列问题：(1)实验中应选择滑动变阻器_(填“r1”或“r2”)。(2)根据图甲所示电路将图乙中实物图连线。乙(3)实验步骤中记录的电阻箱阻值为630.0 ，若认为调节电阻箱时滑动变阻器上的分压不变，计算可得电压表的内阻为_(结果保留到个位)。(4)如果此电压表是由一个表头和电阻串联构成的，可推断该表头的满刻度电流为_(填正确答案标号)。a.100 a b.250 ac.500 a d.1 ma解析(1)本实验测电压表的内阻，实验中电压表示数变化不大，则接入电阻箱后电路的总电