高中物理人教版 (2019)必修 第三册3 实验：导体电阻率的测量集体备课课件ppt

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第三册3 实验：导体电阻率的测量集体备课课件ppt，共60页。PPT课件主要包含了刻度尺的使用方法，游标尺，1mm，见表格，使用方法，注意事项，测量原理，千分尺，01mm，5mm等内容，欢迎下载使用。

1.设计原理常用的刻度尺的最小分度一般为1 mm，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
(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。
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9 mm，因此副尺上每一个分度比主尺的最小分度小0.1 mm。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1 mm刻线、2 mm刻线……分别相差0.1 mm、0.2 mm……，副尺上第十条刻线正好对齐主尺上9 mm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。
(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：①以游标零刻线位置为准，在主尺上读取整毫米数L0。②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KΔL，式中K为与主尺某刻线对齐的游标第K条刻线，ΔL为游标卡尺的精度。③得读数为L0＋KΔL。
(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
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0.5 mm，可动刻度E上的刻度为50等分，每一小格表示0.01 mm，这也就是螺旋测微器的精度，读数时再估读一位，即可测到0.001 mm，故也叫作千分尺。
(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)
(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0.01 mm，估读到0.001 mm，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“6.32 mm”，肯定有效数字是错的，正确的应读成6.320 mm。
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
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)、 _______________。
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。
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0.01 mm，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U－I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U－I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1 mm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。
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8 mm，可动刻度读数为47.0×0.01 mm＝0.470 mm，所以读数为8 mm＋0.470 mm＝8.470 mm。
(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20 mm，对齐格数为第12条，20分度的游标卡尺的精度为0.05 mm，所以读数为20 mm＋12×0.05 mm＝20.60 mm。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1 mm，所以应估读到小数点后的第2位。木板的长度是10 cm＋4 mm＋估计值，记作10.41 cm。(或10.42 cm、10.40 cm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(　　)
cm B.2.9 mm cm解析　游标卡尺的主尺读数为2.2 cm，游标尺上第7个刻度和主尺上某一刻度对齐，游标读数为0.1×7 mm＝0.7 mm＝0.07 cm，所以最终读数为：主尺读数＋游标尺读数为：2.2 cm＋0.07 cm＝2.27 cm；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0.5 mm，可动刻度读数为0.01×18.0 mm＝0.180 mm，所以最终读数为0.680 mm。答案　0.680
(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。
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 Ω，R2＝300 Ω，A、B两端电压UAB＝8 V。(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8 V，所以R2两端的电压变化范围为0～8 V。答案　(1)4.8～8 V　(2)0～8 V
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
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Rx≫RA时，采用内接法，当Rx≪RV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 Ω，电压表V的内阻约为2 kΩ，电流表A的内阻约为10 Ω，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：①待测电阻，阻值约为100 Ω②电流表(量程0～0.3 A，内阻约0.125 Ω)③电压表(量程0～15 V，内阻约5 kΩ)④电源15 V
⑤滑动变阻器(阻值0～10 Ω，允许最大电流2 A)⑥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。
[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 Ω。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0～3 V，内阻约为3 kΩ)电压表V2(量程为0～15 V，内阻约为15 kΩ)电流表A1(量程为0～100 mA，内阻约为5 Ω)
金属丝电阻率的测量　实验原理及操作
电流表A2(量程为0～0.6 A，内阻约为0.1 Ω)滑动变阻器R1(0～5 Ω)滑动变阻器R2(0～1 kΩ)电源(电动势为4.5 V，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4.5 V，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)A1　R1　(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ρ＝________(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。
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50 cm。(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)。
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3 V)、电流表(内阻约0.1 Ω)、电压表(内阻约3 kΩ)、滑动变阻器R(0～20 Ω，额定电流2 A)、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U－I图线。由图线得到金属丝的阻值Rx＝________Ω(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.1×10－2 Ω·m B.1×10－3 Ω·mC.1×10－6 Ω·m D.1×10－8 Ω·m(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U－I图像处理数据求金属丝电阻可以减小偶然误差
(3)实物图如图甲所示
解析　(1)螺旋测微器的读数为0 mm＋39.8×0.01 mm＝0.398 mm。
图线的斜率反映了金属丝的电阻，因此金属丝的电阻值Rx≈4.4 Ω。
(4)图线应过原点，选尽可能多的点连成一条直线，不在直线上的点均匀分布在直线两侧，明显偏离的点应舍去，如图乙所示。
(6)系统误差是由仪器的某些不完善或实验方法不够完善等产生的，其测量结果总是偏大或偏小；偶然误差具有随机性，可以通过多次测量取平均值或图像法来减小偶然误差。答案　(1)0.398(0.395～0.399均正确)　(2)甲　(3)见解析图甲　(4)见解析图乙　4.4(4.3～4.7均可)　(5)C　(6)CD
方法总结(1)实物连接时，注意导线不能相交叉，并且要注意闭合开关时，分压电路的输出端电压要为零。(2)对螺旋测微器进行读数时要注意：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。
[针对训练7] 某同学想要了解导线在质量相同时，电阻与横截面积的关系，选取了材料相同、质量相等的5卷导线，进行了如下实验：(1)用螺旋测微器测量某一导线的直径如图所示。读得直径d＝________mm。
(2)该同学经实验测量及相关计算得到如下数据：
请你根据以上数据判断，该种导线的电阻R与横截面积S是否满足反比关系？若满足反比关系，请说明理由；若不满足，请写出R与S应满足的关系。
(3)若导线的电阻率ρ＝5.1×10－7 Ω·m，则表中阻值为3.1 Ω的导线长度l＝________m(结果保留2位有效数字)。