2020春新教材高中物理 第11章 电路及其应用 第3节 实验：导体电阻率的测量课件 新人教版必修第三册

第3节实验：导体电阻率的测量,1.设计原理常用的刻度尺的最小分度一般为1mm，使用时估读到毫米的下一位。,实验一长度的测量及测量工具的选用一、刻度尺,2.刻度尺的使用方法,(1)使用前要观察刻度尺的零刻度线、量程及最小刻度值，根据待测物的大小和所需达到的测量准确度，选择合适的刻度尺。(2)测量物体的长度时，刻度尺应与被测物体平行，刻度线紧贴被测物体。(3)通常测量时，将刻度尺的零刻度线与被测长度的起始端对齐；使用零刻度线已被磨损的刻度尺时，则可以让某一整数刻度线与被测长度的起始端对齐。(4)观察示数时，视线应与刻度尺垂直，并与刻度线正对。(5)读数时，应估计到最小刻度的下一位。,二、游标卡尺1.结构及作用,游标卡尺是测量长度的较精密的仪器，它的主要部分由一根主尺和一根_(或称副尺)构成，如图所示。,游标尺,2.原理(以十分度为例),主尺的最小分度是_，副尺上有10个等分刻度，它们的总长度等于9mm，因此副尺上每一个分度比主尺的最小分度小0.1mm。当副尺的零刻度线与主尺的零刻度线对齐时，副尺上的第一条刻线、第二条刻线依次与主尺的1mm刻线、2mm刻线分别相差0.1mm、0.2mm，副尺上第十条刻线正好对齐主尺上9mm刻度线，这种游标卡尺可以准确到_，其他不同准确度的游标卡尺的原理也是一样的。,1mm,0.1mm,见表格,3.使用方法,(1)校零位：使卡脚并拢，查看游标与主尺零刻线是否对齐，否则加以修正。(2)测量：将待测物放在两测量爪之间(注：测一般物长用外测量爪，测孔径等物体内部长度时，用内测量爪，测深槽或深筒时，用游标后的深度尺窄片)，移动游标，使测量爪刚好与物体接触即可读数。(3)读数：以游标零刻线位置为准，在主尺上读取整毫米数l0。看游标上第几条刻线与主尺上的某一刻线对齐，从游标上读出毫米以下的小数为kl，式中k为与主尺某刻线对齐的游标第k条刻线，l为游标卡尺的精度。得读数为l0kl。,4.注意事项,(1)不管是10分度的游标卡尺，还是20分度、50分度的游标卡尺，在读数时均不需要向后估读一位。(2)读数时要使视线与尺垂直，避免产生视差。(3)使用卡尺时应防止撞击，切不可用游标卡尺量度毛坯，以免损伤测脚。(4)测脚必须紧靠工件，用制动螺丝把游标尺固定后再读数。,三、螺旋测微器1.结构及作用,2.测量原理,螺旋测微器又叫_，它是一种比游标卡尺更精密的测量长度的仪器，如图所示的是一种常用的螺旋测微器，用它测量长度可以准确到_，它的测砧a和固定刻度b固定在尺架c上，可动刻度e、旋钮d、微调旋钮d、测微螺杆f是连在一起的，并通过精密螺纹套在b上，精密螺纹的螺距为_，即d每旋转一周，f前进或者后退0.5mm，可动刻度e上的刻度为50等分，每一小格表示0.01mm，这也就是螺旋测微器的精度，读数时再估读一位，即可测到0.001mm，故也叫作千分尺。,千分尺,0.01mm,0.5mm,3.使用方法,(1)校准零位：测量前使测微螺杆f和测砧a并拢，可动刻度e的零刻度与固定刻度b的轴向线应在固定刻度的零刻度线处对齐，否则应加以修正。(2)测量：旋动旋钮d，将测微螺杆f旋出，把被测的物体放入a、f之间的夹缝中，转动d，当f将要接触物体时，再轻轻转动微调旋钮d，当听到“嗒、嗒”的声音时(表明待测物刚好被夹住)，然后转动锁紧手柄使f止动。(3)读数：测量时被测物体长度的整数毫米数由固定刻度读出，小数部分由可动刻度读出。测量值(毫米)固定刻度数(毫米)(注意半毫米刻线是否露出)可动刻度数(估读一位)0.01(毫米),4.注意事项,(1)测量时，当f将要接触被测物体时，要停止使用d，改用d，以避免f和被测物体间产生过大的压力，这样，既可以保护仪器又能保证测量结果准确。(2)读数时，要注意固定刻度上表示半毫米的刻度线是否已经露出。(3)读数时要准确到0.01mm，估读到0.001mm，即测量结果若用mm为单位，则小数点后面必须保留三位。如在测量中发现可动刻度中某刻度线正好与固定刻度的水平线对齐，则最后一位读数要补上一个零。如某同学读出的读数为“6.32mm”，肯定有效数字是错的，正确的应读成6.320mm。,一、实验目的1.掌握螺旋测微器、游标卡尺的原理及读数方法，会正确使用。2.练习使用电流表、电压表及伏安法测电阻。3.测定金属的电阻率。,实验二金属丝电阻率的测量,二、实验原理,毫米刻度尺,螺旋测微器,三、实验器材,螺旋测微器、_、电压表、电流表、开关及导线、待测金属丝、电源(学生电源)、_。,毫米刻度尺,滑动变阻器,四、实验步骤1.测直径：用螺旋测微器在待测金属丝上三个不同位置各测一次直径，并记录。2.连电路：按实验原理中的电路图连接实验电路。3.量长度：用_测量接入电路中的待测金属丝的有效长度，重复测量3次，并记录。4.求电阻：把滑动变阻器的滑动触头调节到使接入电路中的电阻值_的位置，电路经检查确认无误后，闭合开关s。改变滑动变阻器滑动触头的位置，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。,毫米刻度尺,最大,五、数据处理1.金属丝直径的测量(1)特别注意半刻度是否露出。(2)因螺旋测微器的精确度为0.01mm，可动刻度上对齐的格数需要估读，所以，若以毫米为单位的话，最后一位应出现在小数点后的第三位上。(3)把三个不同位置的测量结果求平均值作为直径d。2.金属丝长度的测量(1)应测量接入电路中的有效长度。(也要估读)(2)把3次测量结果求平均值作为长度l。,3.电阻r的测量(1)平均值法：可以用每次测量的u、i分别计算出电阻，再求出电阻的平均值，作为测量结果。(2)图像法：可建立ui坐标系，将测量的对应u、i值描点作出图像，利用图像斜率来求出电阻值r。4.电阻率的计算,六、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真导致测真(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)。,七、注意事项1.为了方便，应在金属导线连入电路前测导线直径，为了准确，应测量拉直悬空的连入电路的导线的有效长度，且各测量三次，取平均值。2.测量电路应选用电流表外接法，且测电阻时，电流不宜过大，通电时间不宜太长，因为电阻率随温度而改变。3.为准确求出r的平均值，应多测几组u、i数值，然后采用ui图像法求出电阻。4.滑动变阻器用限流式接法就可以满足该实验的要求。,例1现用最小分度为1mm的米尺测量金属丝长度，如图所示，图中箭头所指位置是拉直的金属丝两端在米尺上相对应的位置，测得的金属丝长度为_mm。在测量金属丝直径时，如果受条件限制，身边只有米尺1把和圆柱形铅笔1支。如何较准确地测量金属丝的直径？请简述测量方法。,核心要点,游标卡尺和螺旋测微器的读数,答案972.0金属丝直径测量方法见解析,例2(1)用螺旋测微器测量圆柱体的直径时，示数如图甲所示，此示数为_mm。(2)用游标卡尺测量某物体的厚度时，示数如图乙所示，此示数为_mm。,解析(1)螺旋测微器的读数固定刻度读数可动刻度读数，题中螺旋测微器的固定刻度读数为8mm，可动刻度读数为47.00.01mm0.470mm，所以读数为8mm0.470mm8.470mm。,(2)游标卡尺的读数主尺读数(整毫米数)游标尺读数(对齐格数精度)，题中游标卡尺的主尺部分的读数为20mm，对齐格数为第12条，20分度的游标卡尺的精度为0.05mm，所以读数为20mm120.05mm20.60mm。答案(1)8.470(2)20.60,针对训练1用刻度尺测量一木板的长度如图所示，木板的长度应记为_cm。,解析因为所用刻度尺的分度值为1mm，所以应估读到小数点后的第2位。木板的长度是10cm4mm估计值，记作10.41cm。(或10.42cm、10.40cm均可)答案10.41(或10.42、10.40均可),针对训练2如图为10分度的游标卡尺测量钢管内径时的示数，其示数为(),a.2.90cmb.2.9cmc.2.27mmd.2.27cm解析游标卡尺的主尺读数为2.2cm，游标尺上第7个刻度和主尺上某一刻度对齐，游标读数为0.17mm0.7mm0.07cm，所以最终读数为：主尺读数游标尺读数为：2.2cm0.07cm2.27cm；故选d。答案d,针对训练3用螺旋测微器测量一根金属丝的直径，如图所示的读数是_mm。,解析螺旋测微器的固定刻度读数为0.5mm，可动刻度读数为0.0118.0mm0.180mm，所以最终读数为0.680mm。答案0.680,1.两种接法的特点,(1)限流式接法耗能低，但电压调节范围小；(2)分压式接法电压调节范围大，并且可从零开始变化。,核心要点,滑动变阻器的使用方法,2.滑动变阻器的两种接法及其应用,例3如图所示，滑动变阻器r1的最大阻值是200，r2300，a、b两端电压uab8v。(1)当s断开时，移动滑片p，r2两端可获得的电压变化范围是多少？(2)当s闭合时，移动滑片p，r2两端可获得的电压变化范围是多少？,(2)当s闭合时，滑动变阻器r1为分压式接法，当滑片在最下端时，r2两端电压为0，当滑片在最上端时，r2两端的电压最大，为8v，所以r2两端的电压变化范围为08v。答案(1)4.88v(2)08v,方法总结1.滑动变阻器接入电路时，金属杆的两个端点不能同时接入电路，否则电流将从金属杆流过而将滑动变阻器短路。2.限流式接法电压调节范围较小，而分压式接法电压调节范围较大(电压最小值从0开始)，在具体应用中要根据题目要求合理选择。,针对训练4(多选)滑动变阻器的原理如图所示，则下列说法中正确的是()a.若将a、c两端连在电路中，则当滑片op向右滑动时，变阻器接入电路中的阻值增大b.若将a、d两端连在电路中，则当滑片op向右滑动时，变阻器接入电路中的阻值减小c.将滑动变阻器以限流式接法接入电路时，必须连入三个接线柱d.将滑动变阻器以分压式接法接入电路时，必须连入三个接线柱,解析若将a、c两端连在电路中，ap部分将连入电路，则当滑片op向右滑动时，ap部分的导线长度变长，变阻器接入电路中的阻值将增大，a正确；若将a、d两端连在电路中，也是ap部分将连入电路，则当滑片op向右滑动时，ap部分的导线长度变长，变阻器接入电路中的阻值将增大，b错误；a、b两个选项中均为限流式接法，可见在限流式接法中，a、b两个接线柱中任意选一个，c、d两个接线柱中任意选一个，接入电路即可，c错误；在滑动变阻器的分压式接法中，a、b两个接线柱必须接入电路，c、d两个接线柱中任意选一个，接入电路即可，d正确。答案ad,1.伏安法测电阻原理,核心要点,伏安法测电阻,2.电流表的两种接法,3.选择电流表内、外接的常用方法,(1)直接比较法：适用于rx、ra、rv的大小大致可以估计的情况，当rxra时，采用内接法，当rxrv时，采用外接法，即大电阻用内接法，小电阻用外接法，可记忆为“大内小外”。(2)公式计算法,(3)试触法：适用于rx、rv、ra的阻值关系都不能确定的情况，如图所示，把电压表的可动接线端分别试接b、c两点，观察两电表的示数变化，若电流表的示数变化明显，说明电压表的分流作用对电路影响大，应选用内接法，若电压表的示数有明显变化，说明电流表的分压作用对电路影响大，所以应选外接法。,例4在伏安法测电阻的实验中，待测电阻rx约为200，电压表v的内阻约为2k，电流表a的内阻约为10，测量电路中电流表的连接方式如图甲或图乙所示。,答案rx1大于小于,主编点评内接法的误差来自电流表的分压，外接法的误差来自电压表的分流，哪个误差小就选哪一个。,针对训练5在电学实验中，常常需要测量电学元件的电阻值，如：小灯泡、金属丝、电流表内阻、电压表内阻、待测电阻等。利用伏安法测量某电阻的阻值，有如下实验器材：待测电阻，阻值约为100电流表(量程00.3a，内阻约0.125)电压表(量程015v，内阻约5k)电源15v,滑动变阻器(阻值010，允许最大电流2a)开关一个，导线若干条请根据器材的规格和实验要求尽量减小误差，用铅笔画出实验电路图，再连接线路图。,答案见解析,例5在测定金属电阻率的实验中，所用金属电阻丝的电阻约为30。现通过以下实验测量该电阻丝的电阻率。(1)用螺旋测微器测出电阻丝的直径为d。(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(量程为03v，内阻约为3k)电压表v2(量程为015v，内阻约为15k)电流表a1(量程为0100ma，内阻约为5),核心要点,金属丝电阻率的测量实验原理及操作,电流表a2(量程为00.6a，内阻约为0.1)滑动变阻器r1(05)滑动变阻器r2(01k)电源(电动势为4.5v，内阻不计)为了便于调节电路并能较准确地测出电阻丝的阻值，电流表应选_，滑动变阻器应选_。,(3)如图所示，将电阻丝拉直后，将其两端分别固定在刻度尺两端的接线柱a和b上，刻度尺的中间有一个可沿电阻丝滑动的触头，触头的另一端为接线柱c，当用手按下触头时，触头才与电阻丝接触，触头的位置可在刻度尺上读出。实验中改变触头与电阻丝接触的位置后移动滑动变阻器的滑片，使电流表示数i保持不变，分别测量出多组接入电路中电阻丝的长度l与对应的电压表的示数u。请在图中完成实验电路的连接，部分已连好的线不能改动。(要求：能改变接入电路中的电阻线的长度和能进行多次测量),解析(2)由于电源电动势为4.5v，所以电压表应选v1，由欧姆定律可知，通过待测电阻的最大电流为,答案(2)a1r1(3)电路图如解析图所示,针对训练6在“测定金属的电阻率”的实验中，需要用刻度尺测出待测金属丝的长度l，用螺旋测微器测出金属丝的直径d，用电流表和电压表测出金属丝的电阻rx。(1)请写出计算金属丝电阻率的表达式_(用上述测量的字母表示)。(2)若实验中测量金属丝的长度和直径时，刻度尺和螺旋测微器的示数分别如图甲、乙所示，则金属丝长度的测量值为l_cm，金属丝直径的测量值为d_mm。,甲乙,(3)用电流表和电压表测金属丝的电阻时，由于电压表、电流表内阻的影响，不论使用电流表内接法还是电流表外接法，都会产生系统误差。按如图丙所示的电路进行测量，可以消除由于电表内阻造成的系统误差。,丙,利用该电路进行实验的主要操作过程是：第一步：先将r2的滑片调到最左端，单刀双掷开关s2掷向1闭合，闭合开关s1，调节滑动变阻器r1和r2，使电压表和电流表的示数尽量大些(不超过量程)，读出此时电压表和电流表的示数u1、i1。第二步：保持两滑动变阻器的滑片位置不变，将单刀双掷开关s2掷向2闭合，读出此时电压表和电流表的示数u2、i2。请写出由以上记录数据计算被测电阻rx的表达式rx_。,例6在“测定金属的电阻率”实验中，所用测量仪器均已校准。待测金属丝接入电路部分的长度约为50cm。(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径，其中某一次测量结果如图所示，其读数应为_mm(该值接近多次测量的平均值)。,核心要点,金属丝电阻率的测量实验数据处理,(2)用伏安法测金属丝的电阻rx。实验所用器材为电池组(提供电压为3v)、电流表(内阻约0.1)、电压表(内阻约3k)、滑动变阻器r(020，额定电流2a)、开关、导线若干。某小组同学利用以上器材正确连接好电路，进行实验测量，记录数据如下：,由以上实验数据可知，他们测量rx是采用下图中的_图(选填“甲”或“乙”)。,(3)下图是测量rx的实验器材实物图，图中已连接了部分导线，滑动变阻器的滑片p置于变阻器的一端。请根据(2)所选的电路图，补充完成图中实物间的连线，并使闭合开关的瞬间，电压表或电流表不至于被烧坏。,(4)这个小组的同学在坐标纸上建立u、i坐标系，如下图所示，图中已标出了与测量数据对应的4个坐标点。请在图中标出第2、4、6次测量数据的坐标点，并描绘出ui图线。由图线得到金属丝的阻值rx_(保留2位有效数字)。,(5)根据以上数据可以估算出金属丝电阻率约为_。a.1102mb.1103mc.1106md.1108m(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_(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b.由电流表和电压表内阻引起的误差属于偶然误差c.若将电流表和电压表的内阻计算在内，可以消除由测量仪表引起的系统误差d.用ui图像处理数据求金属丝电阻可以减小偶然误差,(3)实物