物理必修 第三册3 实验：导体电阻率的测量集体备课ppt课件

这是一份物理必修 第三册3 实验：导体电阻率的测量集体备课ppt课件，共60页。PPT课件主要包含了螺旋测微器，毫米刻度尺，三个不同，实验原理及操作，核心素养微专题等内容，欢迎下载使用。
预习导学 | 新知领悟
一、游标卡尺和螺旋测微器的读数1．游标卡尺
(1)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________mm．(2)精度：对应关系为10分度________mm,20分度__________ mm，50分度0.02 mm．(3)读数：若用x表示由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，则记录结果表达为(x＋K×精度)mm．
A：测砧　　　B：固定刻度　　　C：尺架D．旋钮 　　 E：可动刻度 　　F：测微螺杆
(1)原理：测微螺杆F与固定刻度B之间的精密螺纹的螺距为______ mm，即旋钮D每旋转一周，F前进或后退______mm，而可动刻度E上的刻度为50等份，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．读数时估读到毫米的千分位上，因此，螺旋测微器又叫千分尺．(2)读数：测量时被测物体长度的整毫米数由固定刻度读出，小数部分由可动刻度读出．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)．
2．电路连接：按原理电路图连接电路，用______法测出电阻．3．长度测量：用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属导线的__________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__________，电路经检查确认无误后，闭合开关S，改变滑动变阻器滑动片的位置，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．拆去实物电路，整理好实验器材．
六、误差分析1．金属丝的横截面积利用直径计算而得出，________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____接法，测量值______真实值，使电阻率的测量值偏______．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____，造成测量误差．
七、注意事项1．本实验中被测金属导线的电阻值较小，因此实验电路一般采用电流表外接法．2．实验连线时，应先从电源的正极出发，依次将电源、开关、电流表、待测金属导线、滑动变阻器连成主干线路，然后再把电压表并联在待测金属导线的两端．3．测量被测金属导线的有效长度，是指测量待测导线接入电路的两个端点之间的长度，亦即电压表两端点间的待测导线长度，测量时应将导线拉直，反复测量三次，求其平均值．
4．测金属导线直径一定要选三个不同部位进行测量，求其平均值．5．闭合开关S之前，一定要使滑动变阻器的滑片处在有效电阻值最大的位置．6．在用伏安法测电阻时，通过待测导线的电流强度I不宜过大(电流表用0～0.6 A量程)，通电时间不宜过长，以免金属导线的温度明显升高，造成其电阻率在实验过程中逐渐增大．
多维课堂 | 素养初培
精例1　某同学利用游标卡尺和螺旋测微器分别测量一圆柱体工件的直径和高度，测量结果如图甲和乙所示．该工件的直径为______cm，高度为______mm．
游标卡尺和螺旋测微器的读数方法
【答案】1.205　6.861(6.860～6.863均可)
变式1　(1)如图甲、乙所示的两把游标卡尺，它们的游标尺分别为9 mm长10等分、19 mm长20等分，则读数依次为________mm、________mm．
(2)使用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图所示，则金属丝的直径是________mm． 【答案】(1)17.5　23.35　(2)2.140(2.139～2.141均可)
【解析】(1)题图甲读数：整毫米是17，不足1毫米数是5×0.1 mm＝0.5 mm，最后结果是17 mm＋0.5 mm＝17.5 mm．题图乙读数：整毫米是23，不足1毫米数是7×0.05 mm＝0.35 mm，最后结果是23 mm＋0.35 mm＝23.35 mm．(2)固定刻度示数为2.0 mm，不足半毫米的从可动刻度上读，其示数为14.0，最后的读数：2.0 mm＋14.0×0.01 mm＝2.140 mm．
(1)游标卡尺不需要估读，读数结果10分度为××．×mm，有一位小数，20分度和50分度为××．××mm两位小数，换算单位时只需要移动小数点，最后一位数字即使是0也不能抹掉．(2)螺旋测微器需要估读，读数结果为×．×××mm三位小数，需要特别注意半毫米刻度线是否露出．
精例2　在做“测定金属电阻率”的实验时，需要对金属丝的电阻进行测量，已知金属丝的电阻值Rx约为20 Ω．一位同学用伏安法对这个电阻的阻值进行了比较精确的测量，这位同学想使被测电阻Rx两端的电压变化范围尽可能的大．他可选用的器材有：
电源E：电动势为8 V，内阻为1.0 Ω电流表A：量程0.6 A，内阻约为0.50 Ω电压表V：量程15 V，内阻约为10 kΩ滑动变阻器R：最大电阻值为5.0 Ω开关一个，导线若干
(1)根据上述条件，测量时电流表应采用________(填“外接法”或“内接法”)．(2)在虚线框内画出实验电路图．(3)若在上述实验中，电流表的示数为I，电压表的示数为U，且电流表内阻RA和电压表内阻RV均为已知量，用测量物理量和电表内阻计算金属丝电阻的表达式Rx＝________．
【解析】(1)待测电阻约为20 Ω，是电流表内阻的40倍，但电压表内阻是待测电阻的500倍，故采用外接法．(2)因为要使Rx两端的电压变化范围尽可能的大，所以滑动变阻器要采用分压式，电路图如图所示．
变式2　在“测定金属丝的电阻率”的实验中，某同学进行了如下测量：(1)用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属丝的有效长度．测量3次，求出其平均值l．其中一次测量结果如图甲所示，金属丝的另一端与刻度尺的零刻线对齐，图中读数为______cm．用螺旋测微器测量金属丝的直径，选不同的位置测量3次，求出其平均值D．其中一次测量结果如图乙所示，图中读数为______mm．
(2)采用如图所示的电路测量金属丝的电阻．电阻的测量值比真实值________(填“偏大”或“偏小”)．最后由公式ρ＝________计算出金属丝的电阻率(用直接测量的物理量表示)．
(3)请你根据电路图在实物图中进行实物连线．(电流表选0.6 A量程，电压表选3 V量程)
(3)实物连接如图所示．
实验的注意事项1．本实验中被测金属丝的电阻值较小，因此实验电路必须用电流表外接法．2．连线时，应先从电源的正极出发，依次将电源、开关、电流表、待测金属丝、滑动变阻器连成主干线路(闭合电路)，然后再把电压表并联在待测金属丝的两端．
3．测量金属丝的有效长度，是指待测导线接入电路的两个端点之间的长度，亦即电压表两端点间的待测金属丝长度，测量时应将金属丝拉直．4．测金属丝直径一定要选三个不同部位进行测量．
精例3　某同学用伏安法测量导体的电阻，现有量程为3 V、内阻约为3 kΩ的电压表和量程为0.6 A、内阻约为0.1 Ω的电流表．采用分压电路接线，图甲是实物的部分连线图，待测电阻为图乙中的R1，其阻值约为5 Ω．
实验数据处理及误差分析
(1)测R1阻值的最优连接方式为导线①连接______(填“a”或“b”)、导线②连接________(填“c”或“d”)．(2)正确接线测得实验数据如表，用作图法求得R1的阻值为________ Ω．
【答案】(1)a　d　(2)4.6(4.4～4.7均可)　(3)B
【解析】(1)由于实验测量的是一个小电阻，故电流表应外接，因此导线①接a，由于采用分压电路，故导线②应接d．(2)根据实验数据作出R1的U－I曲线如图所示，图线的斜率即为电阻R1的大小，由图像可知，R1＝4.6 Ω．
变式3　现在要测量一段电阻丝的电阻率ρ，电阻丝的阻值Rx≈0.5 Ω，允许通过的最大电流为0.5 A．现提供如下器材：
(2)实验中滑动变阻器应该选择________(填“R1”或“R2”)，并采用________接法．(3)根据你在(1)、(2)中的选择，在图中完成实验电路的连接．
(4)实验中，如果两电表的读数分别为U和I，测得拉直后电阻丝的长度为L，直径为D，则待测电阻丝的电阻率ρ的计算式为ρ＝____________．(5)用螺旋测微器测量待测电阻丝的直径时读数如图所示，则该电阻丝的直径D＝________mm．
(3)根据测量电路图和滑动变阻器的分压式接法，实物连线如图所示．
1．作图像时，应使大多数的点在直线或平滑的曲线上，不在线上的点尽量均匀分布在它们的两侧，误差较大的点舍去不用．2．偶然误差与系统误差的关系(1)偶然误差：由于各种偶然因素对实验者、测量仪器、被测物理量的影响而产生的．通过多次测量求平均值(或采用图像法处理数据)可减小偶然误差．
(2)系统误差：由于仪器本身不精密，实验方法粗略或实验原理不完善而产生的．通过校准仪器或改进实验方法和实验设计原理可减小误差．
螺旋测微器又称千分尺(micrmeter)、螺旋测微仪、分厘卡，是比游标卡尺更精密的测量长度的工具，用它测长度可以准确到0.01 mm，测量范围为几个厘米．它的一部分加工成螺距为0.5 mm的螺纹，当它在固定套管的螺套中转动时，将前进或后退，活动套管和螺杆连成一体，其周长等分成50个分格．螺杆转动的整圈数由固定套管上间隔0.5 mm的刻线去测量，不足一圈的部分由活动套管周边的刻线去测量，最终测量结果需要估读一位小数．
【专练】　(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．
【答案】(1)50.15　(2)4.700【解析】(1)游标为20分度的游标卡尺，其精确度为0.05 mm，游标第3格与主尺对齐，示数为0.05×3 mm＝0.15 mm，故长度为50 mm＋0.15 mm＝50.15 mm．(2)螺旋测微器固定刻度示数为4.5 mm，可动刻度示数为0.200 mm，故直径为4.5 mm＋0.200 mm＝4.700 mm．
课堂小练 | 素养达成
1．(多选)在“测定金属电阻率”的实验中，以下操作中错误的是(　　)A．用米尺测量金属丝的全长，且测量三次，算出其平均值，然后再将金属丝接入电路中B．用螺旋测微器在金属丝三个不同部位各测量一次直径，算出其平均值C．用伏安法测电阻时，采用电流表内接法，多次测量后算出平均值D．实验中应保持金属丝的温度不变
【答案】AC【解析】实验中应测量出金属丝接入电路中的有效长度，而不是全长；金属丝的电阻很小，与电压表内阻相差很大，使金属丝与电压表并联，电压表对它分流作用很小，应采用电流表外接法．故A、C操作错误．
2．(多选)用伏安法测电阻时，为了减小实验误差，将实验器材按图连接，留下一个电压表接线头P，将P分别与a、b两点接触一下，则 (　　)A．若电流表示数变化显著，P应接在aB．若电流表示数变化显著，P应接在bC．若电压表示数变化显著，P应接在bD．若电压表示数变化显著，P应接在a【答案】BD
【解析】若电流表示数变化显著，则说明电压表的分流作用明显，为避免电压表分流，则应使用电流表的内接法，故P应接在b，A错误，B正确；若电压表示数变化显著，则说明电压表分压作用明显，则应使用电流表的外接法，故P应接在a，即B、D正确．
3．(2021年浙江名校期中)在某次“测量金属丝的电阻率”的实验中．(1)取一段新的电阻丝，用毫米刻度尺测得长度l＝43.50 cm，把电阻丝紧密绕制，图甲所示的是50圈电阻丝的宽度，刻度尺0刻度与电阻丝左端对齐．(2)某同学的实物接线如图乙所示．若开关闭合前需要将滑动变阻器的滑片调到被测电阻丝两端的电压为0的位置，此时滑片应靠近______(填“a”或“b”)．
(3)正确连接电路后，进行实验操作，得到一条实验数据图像如图丙所示，则该金属丝的电阻为______Ω，根据实验数据查表1，分析知该金属材料可能是______(填材料名称)．表1：几种导体材料在20 ℃时的电阻率
【答案】(2)b　(3)2.27　镍铬合金