物理必修 第三册第十一章 电路及其应用3 实验：导体电阻率的测量备课课件ppt

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【实验目的】1.掌握螺旋测微器的原理及读数方法。2.掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法及电流表和电压表的读数方法。3.会用伏安法测电阻，并能测定金属的电阻率。
【实验原理】欧姆定律和电阻定律。用毫米刻度尺测一段金属丝导线的长度L，用螺旋测微器测导线的直径d，用伏安法测导线的电阻R =U/I ；又由R =ρL/S得
【螺旋测微器】1（1）构造：（2）原理： 可动刻度H上的刻度为50等份，则螺旋测微器的精确度为0.01 mm。
（3）读数：①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）试读出螺旋测微器的读数
固定刻度示数为2.0 mm，而从可动刻度上读的示数为15.0，最后的读数为2.0 mm+15.0×0.01 mm=2.150 mm。
伏安法测电阻（1）电流表的内接法和外接法的比较
（2）两种电路的选择①阻值比较法：先将待测电阻的估计值与电压表、电流表内阻进行比较，若Rx较小，宜采用电流表外接法；若Rx较大，宜采用电流表内接法。②比值法:当 时,用电流表外接法;当 时,用电流表内接法。
③实验试探法：按如图所示接好电路，让电压表一根接线柱P先后与a、b处接触一下，如果电压表的示数有较大的变化，而电流表的示数变化不大，则可采用电流表外接法；如果电流表的示数有较大的变化，而电压表的示数变化不大，则可采用电流表内接法。
【实验过程】一、实验步骤1.直径测定 用螺旋测微器在被测金属丝上的三个不同位置各测一次直径， 求出其平均值d，计算出金属丝的横截面积
2.电路连接按如图所示的电路原理图连接好用伏安法测电阻的实验电路。
3.长度测量 用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属丝的有效长度，反复测量3次，求出其平均值l。
4.U、I测量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，电路经检查确认无误后，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。
5.拆除实验线路，整理好实验器材。
【误差分析】1.金属丝的横截面积是利用直径计算而得的，直径的测量是产生误差的主要来源之一。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，测量值小于真实值，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均会带来偶然误差。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。
【注意事项】1.螺旋测微器的使用(1)测量时,当测微螺杆P将要接触被测物体时,要停止使用旋钮K,改用微调旋钮K′,当听到“咔、咔…”声后,停止转动,以避免P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)螺旋测微器应估读一位，即以mm作单位,应读到小数点后面第三位。
2.测定金属的电阻率(1)为了方便,测量直径应在金属丝连入电路前进行,为了准确测量金属丝的长度,应该在连入电路之后在拉直的情况下进行,测量待测金属丝接入电路的两个端点之间的长度。(2)本实验中被测金属丝的电阻值较小，故应采用电流表外接法。(3)开关S闭合前，滑动变阻器的阻值要调到最大。
(4)电流不宜太大（电流表用0～0.6 A量程），通电时间不宜太长,以免金属丝温度升高，导致电阻率在实验过程中变大。(5)实验连线时,应先从电源的正极出发，依次将开关、电流表、待测金属丝、滑动变阻器连成干路，然后再把电压表并联在待测金属丝的两端。
例1 在测量金属丝电阻率的实验中，可供选用的器材如下：待测电阻丝：Rx（阻值约4 Ω，额定电流约0.5 A）电压表：V（量程3 V，内阻约3 kΩ）电流表：A1（量程0.6 A，内阻约0.2 Ω） A2（量程3 A，内阻约0.05 Ω）电源：E1（电动势3 V，内阻不计）； E2（电动势12 V，内阻不计）；滑动变阻器：R（最大阻值约20 Ω）；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。
螺旋测微器的固定刻度上显示为1.5 mm，小数部分由可动刻度读得为0.273 mm，二者相加就是测量值,1.5mm+0.273mm=1.773 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），在虚线框内完成电路原理图。
由于待测电阻丝的电阻较小，故电流表应选外接法。
待测电阻丝的额定电流约为0.5 A,为了减小实验误差，应选量程为0.6 A的电流表A1
待测电阻丝的电阻约为4 Ω，额定电流约为0.5 A，故由欧姆定律得额定电压约为2 V，所以电源应选E1。
例2.某同学想要了解导线在质量相同时电阻与截面积的关系，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。
读数为(1+20.0×0.01) mm=1.200 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。
由数据可得：R与S不成反比，R与S2成反比（或RS2=恒量）
1.用螺旋测微器测量某金属丝直径的结果如图所示. 该金属丝的直径是________mm.
答案　1.706(1.705～1.707均可)
固定刻度读数为1.5 mm
可动刻度读数为20.6×0.01 mm
1.5 mm＋20.6×0.01 mm＝1.706 mm
2.某兴趣小组在做“测定金属丝的电阻率”的实验中, 通过粗测电阻丝的电阻约为5 Ω, 为了使测量结果尽量准确, 从实验室找到以下供选择的器材: A. 电池组(3 V, 内阻约1 Ω)B. 电流表A1(0～3 A, 内阻0.0125 Ω)C. 电流表A2(0～0.6 A, 内阻约0.125 Ω)
D. 电压表V1(0～3 V, 内阻4 kΩ)E. 电压表V2(0～15 V, 内阻15 kΩ)F. 滑动变阻器R1(0～20 Ω, 允许最大电流1 A)G. 滑动变阻器R2(0～2000 Ω, 允许最大电流0.3 A)H. 开关、导线若干(1)实验时应从上述器材中选用________(填写仪器前字母代号).
由于电源电动势为3 V, 则电压表选D
滑动变阻器要便于调节，故选F
2. 电阻丝的电阻约为5 Ω, A. 电池组(3 V, 内阻约1 Ω)C. 电流表A2(0～0.6 A, 内阻约0.125 Ω)D. 电压表V1(0～3 V, 内阻4 kΩ)F. 滑动变阻器R1(0～20 Ω, 允许最大电流1 A)H. 开关、导线若干
(2)测电阻时, 电流表、电压表、待测电阻Rx在组成测量电路时, 应采用安培表________接法, 将设计的电路图画在下侧方框内.
(3)若用螺旋测微器测得金属丝的直径d的读数如图, 则读数为________mm.
螺旋测微器固定刻度值为0.5 mm, 可动刻度为40.0×0.01 mm, 则读数为: 0.900 mm.
(4)若用L表示金属丝的长度, d表示直径, 测得电阻为R, 请写出计算金属丝电阻率的表达式ρ＝________.