2019-2020学年新教材高中物理 第十一章 电路及其应用 第3节 实验 导体电阻率的测量课件 新

第3节实验：导体电阻率的测量实验目的1．掌握游标卡尺和螺旋测微器的原理及读数方法。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。实验原理1．游标卡尺(1)构造：主尺、游标尺(主尺和游标尺上各有一个内、外测量爪)，游标尺上还有一个深度尺(如图所示)。(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。常见的游标卡尺的游标尺上小等分刻度有10格的、20格的、50格的，其读数见下表：刻度格数(分度)刻度总长度每小格与1mm的差值精确度(可准确到)109mm0.1mm0.1mm2019mm0.05mm0.05mm5049mm0.02mm0.02mm(3)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线对齐的游标的格数，则记录结果表示为(x＋K×精确度)mm。2．螺旋测微器(1)构造：如图，S为固定刻度，H为可动刻度。(2)原理：可动刻度H上的刻度为50等份，每旋转一周，螺杆前进或后退0.5mm，可动刻度每转过一等份，螺杆前进或后退0.01mm，则螺旋测微器的精确度为0.01mm。(3)读数①测量时被测物体长度的半毫米数由固定刻度读出，不足半毫米部分由可动刻度读出。②测量值(mm)＝固定刻度数(mm)(注意半毫米刻度线是否露出)＋可动刻度数(估读一位)×0.01(mm)。③如图所示，固定刻度示数为2.0mm，而从可动刻度上读的示数为15.0，最后的读数为2.0mm＋15.0×0.01mm＝2.150mm。3．电阻率的测量原理(1)把金属丝接入电路中，用伏安法测金属丝的电阻RR＝UI。电路原理如图所示。(2)用毫米刻度尺测出金属丝的长度l，用螺旋测微器测出金属丝的直径d，算出横截面积SS＝πd24。(3)由电阻定律R＝ρlS，得ρ＝RSl＝πd2R4l＝πd2U4lI，求出电阻率。实验器材毫米刻度尺，螺旋测微器或游标卡尺，直流电流表和直流电压表，滑动变阻器(阻值范围0～50Ω)，电池组，开关，被测金属丝，导线若干。实验步骤1．练习使用游标卡尺(1)用游标卡尺的外测量爪测量小钢球、小圆管的外径、教科书的厚度等。(2)用游标卡尺的内测量爪测量小圆管的内径、槽的宽度等。2．练习使用螺旋测微器(1)测量A4纸的厚度。(2)测量头发丝的直径。3．测金属丝的电阻率(1)实验步骤①测直径：用螺旋测微器或游标卡尺在金属丝的三个不同位置上各测一次，并记录数据。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。③连电路：依照电路图用导线把器材连好，并把滑动变阻器的阻值调至并联电路部分的电压为零处。④测U、I：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，记入记录表格内，断开开关S。⑤整理：拆除实验电路，整理好实验器材。(2)数据处理①金属丝直径的读数：a．利用螺旋测微器测金属丝直径，读数时应特别小心半刻度是否露出。b．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。c．把三个不同位置的测量值求平均值作为直径d。②金属丝长度的测量：a．应测量接入电路中的有效长度。b．因为用的是毫米刻度尺，读数时要读到毫米的下一位(别忘记估读)。c．把三次测量值求平均值作为长度l。③电阻R的测量值的确定：方法一、平均值法：可以将每次测量的U、I分别计算出电阻，再求出电阻的平均值，作为测量结果。方法二、图像法：可建立U­I坐标系，将测量的对应U­I值描点作出图像，利用图像斜率来求出电阻值R。④计算出金属丝的电阻率：将测得的R、l、d的值，代入电阻率计算公式ρ＝RSl＝πd2R4l。(3)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)。(4)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。游标卡尺和螺旋测微器的读数[典例1](1)用游标为20分度的游标卡尺测量一粗细均匀圆柱体的长度，如图所示，由图可知其长度为________mm。(2)用螺旋测微器测量其直径如图所示，由图可知其直径为________mm。[解析](1)游标为20分度的游标卡尺，其精确度为0.05mm，游标第3格与主尺对齐，示数为0.05×3mm＝0.15mm，故长度为50mm＋0.15mm＝50.15mm。(2)螺旋测微器固定刻度示数为4.5mm，可动刻度示数为0.200mm，故直径为4.5mm＋0.200mm＝4.700mm。[答案](1)50.15(2)4.700[关键点拨]使用螺旋测微器时的注意点(1)螺旋测微器应估读一位，亦即以mm作为单位，应读到小数点后面的第三位。(2)读数时，除了观察固定刻度尺的整毫米数外，特别要注意半毫米刻度线是否露出。[对点训练]1．某同学用游标卡尺测量一圆柱体的长度l，用螺旋测微器测量圆柱体的直径d，示数如图甲、乙所示。由图可读出l＝________cm，d＝________mm。解析：游标卡尺主尺读数为2.2cm，游标尺读数为5×0.1mm＝0.5mm＝0.05cm，故l＝2.2cm＋0.05cm＝2.25cm；螺旋测微器的半毫米刻度线已露出，所以固定刻度为6.5mm，再读出可动刻度上的格数(估读一位)×0.01mm，读数为6.5mm＋36.0×0.01mm＝6.860mm。答案：2.256.860仪器选择与电路设计[典例2]某同学在一次“测定金属的电阻率”的实验中，用米尺测出接入电路部分的金属丝长度为l＝0.720m，用螺旋测微器测出金属丝直径(刻度位置如图所示)，用伏安法测出金属丝的电阻(阻值大约为5Ω)，然后计算出该金属材料的电阻率。在用伏安法测定金属丝的电阻时，除被测金属丝外，还有如下实验器材：A．直流电源(输出电压为3V)B．电流表A(量程0～0.6A，内阻约0.125Ω)C．电压表V(量程0～3V，内阻3kΩ)D．滑动变阻器(最大阻值20Ω)E．开关、导线等(1)从图中读出金属丝的直径为________mm。(2)根据所提供的器材，在虚线框中画出实验电路图。(3)若根据伏安法测出金属丝的阻值为Rx＝4.0Ω，则这种金属材料的电阻率为________Ω·m(保留两位有效数字)。[解析](1)螺旋测微器读数为0.5mm＋10.0×0.01mm＝0.600mm。(2)由于电阻丝电阻较小，安培表采用外接法，滑动变阻器采用限流电路或分压电路都可以，实验电路如图：(3)由R＝ρlS得ρ＝RSl＝πRxd24l，将Rx＝4.0Ω、l＝0.720m、d＝0.600mm＝0.600×10－3m。代入得ρ＝1.6×10－6Ω·m。[答案](1)0.600(2)见解析图(3)1.6×10－6[关键点拨](1)注意测金属丝电阻时，因电阻丝电阻较小，应采用电流表外接法。(2)应用电阻定律计算电阻率时，各量均应统一为国际单位制，计算结果要符合有效数字要求。[对点训练]2．在测量金属丝电阻率的实验中，可供选用的器材如下：待测金属丝Rx(阻值约4Ω，额定电流约0.5A)；电压表V(量程0～3V，内阻约3kΩ)；电流表A1(量程0～0.6A，内阻约0.2Ω)；电流表A2(量程0～3A，内阻约0.05Ω)；电源E1(电动势3V，内阻不计)；电源E2(电动势12V，内阻不计)；滑动变阻器R(最大阻值约20Ω)；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)在虚线框内画出电路原理图。解析：(1)螺旋测微器的读数为1.5mm＋27.4×0.01mm＝1.774mm。(2)在用伏安法测电阻时，为使测量结果尽量精确，则电流表、电压表指针需达到半偏以上，所以电流表选A1，电源选E1。电路原理图如图所示。答案：(1)1.774(1.773～1.775均可)(2)A1E1见解析图