《金牌学案》物理粤教版必修第三册 课件13　第三章　第三节　测量金属丝的电阻率

现代文阅读Ⅰ把握共性之“新”打通应考之“脉”第三章恒定电流第三节测量金属丝的电阻率[学习目标]

1．知道游标卡尺和螺旋测微器的原理及读数方法．2．了解测定金属丝电阻率的实验原理，会用伏安法测电阻．3．能根据不同情况设计电路图，会具体选择电流表及滑动变阻器并能合理地进行实验操作．4．会正确测量相关物理量，能正确处理数据和误差分析．必备知识·自主预习储备一、游标卡尺的测量原理及使用1．构造2．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1mm．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：刻度格数(分度)刻度总长度1mm与每小格的差值精确度(可精确到)109mm0.1mm0.1mm2019mm0.05mm_________mm5049mm0.02mm0.02mm0.053．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．注意：游标卡尺测量长度不需要估读．二、螺旋测微器的测量原理及使用1．构造2．测量原理螺旋测微器的螺距是_______mm，螺栓上可动刻度一周为50格，当粗调旋钮每转一周时，前进(或后退)一个螺距0.5mm．若每转过1格，前进(或后退)_________mm，因此螺旋测微器的精确度为_________mm．0.50.010.013．操作与读数使用螺旋测微器时，将被测物体放在小砧A和测微螺杆P之间，先使用粗调旋钮K，在测微螺杆P快靠近被测物体时，改用微调旋钮K′，听到咔咔声音时停止转动，并用锁T给予锁定，然后读数．读数时，在__________上读出大于0.5mm的部分，在___________上读出不足0.5mm的部分，读可调刻度示数时还要注意估读一位数字．螺旋测微器的读数可表示为：螺旋测微器的读数＝固定刻度的读数＋可调刻度的读数×________________．如图所示，读数为6.5mm＋0.01×20.3mm＝6.703mm．注意：螺旋测微器读数需要估读到下一位．固定刻度可调刻度0.01mm

电压电流1．电流表内、外接法的比较方法内接法外接法电路图误差原因电流表分压U测＝Ux＋UA电压表分流I测＝Ix＋IV电阻测量值适用条件Rx≫RARx≪RV大于小于

内接法外接法

毫米刻度尺螺旋测微器2．实验器材被测金属丝、毫米刻度尺、螺旋测微器、电压表、电流表、学生电源、开关、滑动变阻器和导线若干．3．实验步骤(1)测直径：用_______________在金属丝的三个不同位置上各测一次，并记录．(2)测长度：将金属丝两端固定在接线柱上悬空挂直，用毫米刻度尺测量接入电路的金属丝长度l(即有效长度)，反复测量三次，并记录．螺旋测微器(3)测电阻

①依照如图所示的电路图用导线把器材连好，并把滑动变阻器的阻值调至______．②电路经检查无误后，闭合开关S，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．③拆去实验线路，整理好实验器材．最大

平均值平均电阻值R

5．误差分析(1)直径和长度的测量造成偶然误差，应采取多次测量取平均值的方法减小误差．(2)电压表、电流表读数造成偶然误差．读数时，视线垂直于表盘，可减小误差．(3)测量电路中电压表、电流表的接法对金属丝电阻测量造成系统误差，由于电路采用电流表_________，造成电阻的测量值______．(4)通过电流过大，时间过长，使金属丝发热导致电阻率变大而引起误差．外接法偏小6．注意事项(1)导线的长度是连入电路电流流过的____________(而不是金属丝的总长度)．(2)由于被测金属丝的阻值较小，为了减小测量误差，应选用电流表_________．(3)测电阻时，电流不宜过大，通电时间不宜太长．(4)为准确求出R的平均值，应采用U-I图像法求电阻．有效长度外接法关键能力·情境探究达成类型一实验步骤与实验原理【典例1】一学生小组测量某金属丝(阻值约十几欧姆)的电阻率．现有实验器材：螺旋测微器、刻度尺、电源E、电压表(内阻非常大)、定值电阻R0(阻值10.0Ω)、滑动变阻器R、待测金属丝、单刀双掷开关K、开关S、导线若干．图甲是学生设计的实验电路原理图．完成下列填空：(1)实验时，先将滑动变阻器R接入电路的电阻调至最大，闭合S．(2)将K与1端相连，适当减小滑动变阻器R接入电路的电阻，此时电压表读数记为U1，然后将K与2端相连，此时电压表读数记为U2．由此得到流过待测金属丝的电流I＝________，金属丝的电阻r＝________．(结果均用R0、U1、U2表示)

(3)继续微调R，重复(2)的测量过程，得到多组测量数据，如下表所示：(4)利用上述数据，得到金属丝的电阻r＝14.2Ω．(5)用刻度尺测得金属丝长度L＝50.00cm．用螺旋测微器测量金属丝不同位置的直径，某次测量的示数如图乙所示，该读数为d＝________mm．多次测量后，得到直径的平均值恰与d相等．(6)由以上数据可得，待测金属丝所用材料的电阻率ρ＝________×10-7Ω·m．(保留两位有效数字)U1/mV0.570.710.851.141.43U2/mV0.971.211.451.942.430.1505.0

[跟进训练]1．一合金电阻丝的电阻约为3Ω，实验小组通过以下实验测量其电阻率ρ．(1)该实验小组用游标卡尺测量电阻丝的长度L，用螺旋测微器测量直径D，某次直径测量结果如图甲所示：D＝________mm．(2)用10分度的游标卡尺测其长度L为________mm(如图乙所示)．3.20520.4(3)本实验使用的滑动变阻器的阻值为0～20Ω，电流表阻值约为1Ω，电压表阻值约为3kΩ，请补充完整下面电路图．见解析图(4)闭合开关前，滑动变阻器的滑片应置于________(选填“a”或“b”)端．(5)某次实验时，电压表的示数为U，电流表的示数为I，用实验测量的物理量L、D、U、I表示电阻率，则表达式为ρ＝________．a

类型二实验电路与数据处理【典例2】为了测量某电阻丝的电阻率，某同学根据实验提供的器材连接电路，电阻丝拉直后两端固定在带有刻度尺的绝缘底座两端的接线柱a、b上，c为金属夹，将电路连接完整后，调节金属夹的位置，可以测出多组a、c间电阻丝的长度L及a、c间的电压U．(1)该同学用螺旋测微器测量电阻丝的直径d，示数如图甲所示，其直径d＝________mm．(2)请根据要求，用笔画线代替导线，将图乙实物图电路连接完整．1.700见解析图

小[解析]

(1)由题图甲中螺旋测微器可知，固定刻度是1.5mm，可调刻度是20.0×0.01mm＝0.200mm电阻丝直径d＝1.5mm＋0.200mm＝1.700mm．(2)因为电阻丝电阻比较小，远小于电压表内阻，采取外接法，电源电动势3V，所以电压表量程选择3V即可，回路电流较小，电流表选择0.6A量程，连线如图所示．

(4)因为采用的外接法，所以电流表的电流大于待测电阻的电流，则测得的电阻率比真实值小．[跟进训练]2．某同学为了测量一根铅笔芯的电阻率，设计了如图甲所示的电路测量该铅笔芯的电阻值．所用器材有电流表A1、A2，电阻箱R1，滑动变阻器R2，待测铅笔芯Rx，电源E，开关S及导线等．操作步骤如下：调节滑动变阻器和电阻箱的阻值达到最大；闭合开关，适当调节滑动变阻器和电阻箱的阻值；记录两个电流表A1、A2的示数分别为I1、I2．甲请回答以下问题：(1)若电流表的内阻可忽略，则电流表示数I2＝________I1时，电阻箱的阻值等于待测铅笔芯的电阻值．(2)用螺旋测微器测量该铅笔芯的直径，螺旋测微器的示数如图乙所示，则该铅笔芯的直径为________mm．乙

1.000(3)已测得该铅笔芯的长度L＝20.00cm，电阻箱的读数为5.00Ω，根据上面测量的数据可计算出铅笔芯的电阻率ρ＝____________Ω·m(结果保留三位有效数字)．(4)若电流表A2的内阻不能忽略，仍利用(1)中方法，则铅笔芯电阻的测量值______(选填“大于”“小于”或“等于”)真实值．1.96×10-5小于类型三创新实验设计【典例3】在“测定金属丝的电阻率”的实验中，某同学进行了如下操作：(1)剥开导线两端的绝缘皮，用螺旋测微器测量裸线的直径如图甲所示，其读数为__________mm．(2)用10分度游标卡尺测量金属丝的长度时，该同学不小心使部分刻度被污迹遮住了，如图乙所示，则该次测量的读数为__________cm．2.0004.18(3)为了准确测量该金属丝的电阻Rx，该同学又设计了一个测量电路，现有以下器材：电动势为6V的电源E，内阻很小；电压表V1量程为3V，可看作理想表；电压表V2量程为5V，内阻约5.0kΩ；定值电阻R0＝30.0Ω；滑动变阻器R；开关、导线若干．①请设计最佳方案，在图丙方框中将电路图补充完整，并标出相应元件的符号．②调节滑动变阻器，测得多组数据，记电压表V1示数为U1，电压表V2示数为U2，描绘出U1-U2图像，由图像得斜率为0.6，则可知Rx＝________Ω．见解析图20.0[解析]

(1)螺旋测微器读数为1.5mm＋50.0×0.01mm＝2.000mm．(2)游标卡尺读数为49mm－8×0.9mm＝41.8mm＝4.18cm．(3)①由题中所给的器材，利用双电压表方式测量电阻，电路图如图所示．

[跟进训练]3．导电漆是将金属粉末添加于特定树脂原料中制作而成的能导电的喷涂油漆．现有一根用导电漆制成的截面为正方形的细长样品(固态)，某同学欲测量其电阻率，设计了如图甲所示的电路图，实验步骤如下：a．测得样品截面的边长a＝0.20cm；b．将平行排列的四根金属探针甲、乙、丙、丁与样品接触，其中甲、乙、丁位置固定，丙可在乙、丁间左右移动；c．将丙调节至某位置，测量丙和某探针之间的距离L；d．闭合开关S，调节电阻箱R的阻值，使电流表示数I＝0.40A，读出相应的电压表示数U，断开开关S；e．改变丙的位置，重复步骤c、d，测量多组L和U，作出U-L图像如图乙所示，得到直线的斜率k．回答下列问题：(1)L是丙到________(选填“甲”“乙”或“丁”)的距离．(2)写出电阻率的表达式ρ＝________(用k、a、I表示)．(3)根据图像计算出该样品的电阻率ρ＝___________Ω·m(保留两位有效数字)．

乙

6.5×10-5

4．国标(GB/T)规定自来水在15℃时电阻率应大于13Ω·m．某同学利用如图甲所示电路测量15℃自来水的电阻率，其