2022-2023年人教版(2019)新教材高中物理必修3 第11章电路及其应用11.3实验：导体电阻率的测量(1)课件

第三节　导体电阻率的测量\n1.构造:如图所示,A为,B为,E为可调刻度.2.原理:微测螺杆F与固定刻度B之间的精密螺纹的螺距为0.5mm,即旋钮D每旋转一周,F前进或后退mm,而可调刻度E上的刻度为50小格,每转动一小格,F前进或后退mm,即螺旋测微器的精确度为mm.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.1|学会使用螺旋测微器小砧固定刻度0.50.010.01\n3.读数:测量值(mm)=固定刻度数(mm)(注意半毫米刻度线是否露出)+可调刻度数(估读一位)×(mm).如图所示,固定刻度B示数为6.5mm(半毫米刻度线已露出),而从可调刻度E上读出的示数为22.5(数字5为估读),最后的读数为:6.5mm+22.5×0.01mm=6.725mm.0.01\n导师点睛螺旋测微器读数两点注意:(1)以毫米为单位时,小数点后面要有三位有效数字,特别是最后一位估读数字为零时,不能省略.(2)在读数时注意半毫米刻度线是否已露出.\n1.实验原理(1)把金属丝接入电路中,用伏安法测金属丝的电阻R,电路原理图如图所示.(2)用测出金属丝的长度l,用测出金属丝的直径d,算出横截面积S.2|用伏安法测定金属丝的电阻率毫米刻度尺螺旋测微器\n(3)由电阻定律R=,得ρ===,求出电阻率.2.实验器材螺旋测微器、毫米刻度尺、电压表、电流表、开关及导线、被测金属导线、干电池、滑动变阻器.3.实验步骤(1)测直径:用螺旋测微器在被测金属导线上三个不同位置各测一次直径,并记录.(2)连电路:按如图所示的电路图连接实验电路.(3)量长度: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,重复测量3次,并记录.ρ\n(4)求电阻:把滑动变阻器的滑片调节到使接入电路中的电阻值最大的位置,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,记入表格内,断开开关S.(5)拆除实验电路,整理好实验器材.4.数据处理电阻R的数值可用以下两种方法确定:(1)计算法:利用每次测量的U、I值分别计算出电阻,再求出电阻的平均值作为测量结果.(2)图像法:可建立U-I坐标系,将测量的U、I值描点作出图像,利用图像的斜率来求出电阻值R.\n5.误差分析(1)金属丝的横截面积是利用直径计算而得,直径的测量是产生误差的来源之一.(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,电流的测量值大于真实值,使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.\n判断正误,正确的画“√”,错误的画“✕”.1.本实验中,可以使用毫米刻度尺测量金属丝接入电路的长度和直径.()提示:由于金属丝较细,用毫米刻度尺测量其直径误差较大.2.用螺旋测微器测金属丝直径时,应选不同的位置测量3次,再取平均值.()3.若待测金属导线是漆包线,可用小刀刮掉漆皮再测量金属导线的直径.()提示:若待测金属导线是漆包线,应该用火烧去其表面的漆皮,再测金属导线的直径,不可用小刀去刮掉漆皮.4.实验中应保持金属丝温度不变,用伏安法测电阻时,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.()5.用伏安法测电阻,无论是用电流表外接法还是电流表内接法,都存在系统误差.(　　)✕✕√√√\n电流表和电压表的选择(1)根据电路中的最大电流(或最大电压)进行选择.(2)根据用电器的额定电流(或额定电压)进行选择.(3)根据电源的参数进行选择.1|伏安法测电阻两种方法的比较和电路的选择\n方法内接法外接法电路误差分析电压表示数UV=UR+UA>UR电流表示数IA=IRR测=>=R真电压表示数UV=UR电流表示数IA=IR+IV>IRR测=<=R真误差来源电流表的分压作用电压表的分流作用电流表的内接法和外接法的比较\n电流表内、外接的选择方法(1)直接比较法:当Rx≫RA时,采用电流表内接法,当Rx≪RV时,采用电流表外接法,即大电阻用电流表内接法,小电阻用电流表外接法,可记忆为“大内小外”.(2)公式计算法当<,即当Rx>时,用电流表内接法.当>,即当Rx<时,用电流表外接法.当Rx=时,两种接法效果相同.(3)试触法如图,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,应选用电流表内接法;\n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,所以应选电流表外接法.\n情境　音响上调节音量大小的旋钮、台灯上调节灯光亮度的旋钮、调节电熨斗的温度的旋钮、汽车上的油量表等都利用了变阻器.变阻器有多种类型,滑动变阻器是电学实验中常用器件之一.2|滑动变阻器的分压式和限流式接法\n问题1.滑动变阻器的工作原理是什么?提示:通过改变接入电路中电阻丝的长度来改变电阻.2.滑动变阻器在电路中的作用是什么?提示:(1)保护电路;(2)改变电路中的电流和电压.3.在初中阶段的学习中,滑动变阻器是如何连接的?提示:选择一上一下两个接线柱串联接入电路.4.在高中阶段我们还会学到滑动变阻器的其他接法,不管什么接法,在电路接通前,滑片应处在什么位置?提示:使接通电路时工作电路电流最小.\n接法限流式接法分压式接法电路图闭合开关前滑片位置滑片在最左端,以保证滑动变阻器接入电路中的阻值最大滑片在最左端,开始时R两端的电压为零负载两端的电压调节范围U~U0~U通过负载的电流调节范围~0~滑动变阻器两种接法的比较\n接法限流式接法分压式接法适用情况负载电阻的阻值R与滑动变阻器的总电阻R0相差不多,或R0稍大,且电压、电流变化不要求从零开始(1)要求负载上电压或电流变化范围较大,且从零开始连续可调(2)负载电阻的阻值R远大于滑动变阻器的总电阻R0\n选择原则由于限流式电路能节约能源,一般情况下优先选择限流式接法(以提高电路效率).但在下列几种情况下,必须选择分压式接法:(1)滑动变阻器总电阻远小于被测电阻,且实验要求电压(电流)的变化范围较大;(2)明确要求某部分电路的电压从零开始变化;(3)若采用限流式接法,电路中的最小电流仍超过用电器的额定电流.\n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1图2\n(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.图3\n(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=Ω(保留3位有效数字);图4\n(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,几欧姆,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=固定刻度数(注意半毫米刻度线是否露出)+可调刻度数(估读一位)×0.01(单位:mm).【3】电压从零开始变化,滑动变阻器采用分压式接法.\n思路分析解答本题要分五步走:第一步:螺旋测微器的读数,要先读出固定刻度读数,再读出可调刻度读数,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.\n解析(1)毫米刻度尺的分度值为0.1cm,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.\n(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,其他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≈5.80Ω(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)5.80(5.75~5.85均可)　(4)