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高中物理教科版 (2019)必修 第三册4 实验:测量金属的电阻率课文配套ppt课件
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这是一份高中物理教科版 (2019)必修 第三册4 实验:测量金属的电阻率课文配套ppt课件，共33页。PPT课件主要包含了内容索引，实验探究新知导学，典例精讲释疑解惑，随堂练习，课标定位，素养阐释等内容，欢迎下载使用。
1.通过实验探究得出影响导体电阻的因素。2.掌握测定金属电阻率的实验原理,理解伏安法测电阻电路的设计思想,学会螺旋测微器读数。
1.通过对选取实验器材,连接电路的学习,形成科学探究方法。2.通过对电流表的两种接法,以及滑动变阻器接入电路的方式的分析,形成科学思维。
一、实验原理1.实验测量金属电阻率的理论依据是电阻定律。2.金属丝的电阻值可以用伏安法测出。3.金属丝的长度应用毫米刻度尺测定,金属丝的直径可以用螺旋测微器测定。4.螺旋测微器的读数规则测量值=固定刻度整毫米数(+半毫米数)+可动刻度读数(含估读)×0.01 mm。
5.实验电路图:电流表外接,而滑动变阻器一般采用限流式接法即可,如图所示。
二、实验器材毫米刻度尺、螺旋测微器、直流电流表、直流电压表、滑动变阻器(0~50 Ω)、电池组、开关、导线、待测金属丝等。三、实验步骤1.用毫米刻度尺测量接入电路的金属丝长度l,反复测量三次,并记录。2.用螺旋测微器在导线的三个不同位置上各测一次,并记录。3.依照实验电路图用导线把器材连好,并把滑动变阻器的阻值调至最大。4.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。
四、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,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。(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
将测得的R、l、d的值,代入电阻率计算公式ρ= 中,计算出金属导线的电阻率。
五、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
一、实验原理及操作【例题1】 在测量金属丝电阻率的实验中,可供选用的器材如下:待测金属丝: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)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)。 (2)在虚线框内画出电路原理图。
答案:(1)A1 E1 (2)电路图见解析
解析:(1)在用伏安法测电阻的实验中,为使测量尽量精确,电流表、电压表指针需达到半偏以上,电压表量程为3 V,则电源选择E1,电路中最大电流约为Imax= =0.75 A,则电流表选择A1。(2)电路原理图如图所示。
仪器选择的一般步骤(1)首先选择唯一性的器材;(2)粗画电路图(暂不接电流表和电压表);(3)估算回路中电流和电压的最大值,在电表的指针有较大幅度的偏转但不超过其量程的情况下,结合已知器材的规格,确定实验电路和实验器材。
二、仪器的读数及数据处理【例题2】 在测量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)。
(2)用伏安法测金属丝的电阻Rx。实验所用器材: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)、电池组(电压3 V)、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是采用图中的 [选填“(a)”或“(b)”]图。
(3)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(保留两位有效数字)。
(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·mB.1×10-3 Ω·mC.1×10-6 Ω·mD.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正确的是 。 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
答案:(1)0.398(0.396~0.399均正确) (2)(a)(3)见解析图 (4)见解析图 4.5(4.3~4.7均正确)(5)C (6)CD
解析:(1)螺旋测微器的读数为0 mm+39.8×0.01 mm=0.398 mm。(2)由实验记录的数据可知Rx的阻值大约为5 Ω。由题知Rx≪RV,故电流表外接。若滑动变阻器接为限流式接法,电路中最小电流值Imin= =0.12 A,其中R1为Rx与RV的并联电阻值且R1=Rx。则Rx两端的电压最小值Umin=IminRx=0.6 V,而从实验数据可知Rx两端电压是从0.10 V开始的,因此滑动变阻器应采用分压式接法。
(3)实物连接图如图(c)所示
(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(d)所示。
图线的斜率反映了金属丝的电阻,因此金属丝的电阻值Rx=4.5 Ω。
Ω·m=1.1×10-6 Ω·m,故选项C正确。(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来减小偶然误差。
图像法处理实验数据以及两种误差(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: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。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。
1.(螺旋测微器读数)某同学利用螺旋测微器测量一金属板的厚度。该螺旋测微器校零时的示数如图(a)所示,测量金属板厚度时的示数如图(b)所示。图(a)所示读数为 mm,图(b)所示读数为 mm,所测金属板的厚度为 mm。
答案:0.010 6.870 6.860解析:依据螺旋测微器读数的基本原理,0.5 mm以上的值在主尺上读出,而在螺旋尺上要估读到千分之一毫米,则图(a)读数为0.010 mm,图(b)读数为6.870 mm,故金属板的厚度d=6.870 mm-0.010 mm=6.860 mm。
2.(测量金属的电阻率的实验操作)(多选)在测量金属电阻率的实验中,以下操作错误的是( )A.用刻度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。
3.(测量金属的电阻率的实验原理)(多选)在测量金属的电阻率实验中,下列关于误差的说法正确的是( )A.电流表采用外接法,将会使ρ测<ρ真B.电流表采用外接法,由于电压表的并联引起了电阻丝分压的减小而引起测量误差
1.通过实验探究得出影响导体电阻的因素。2.掌握测定金属电阻率的实验原理,理解伏安法测电阻电路的设计思想,学会螺旋测微器读数。
1.通过对选取实验器材,连接电路的学习,形成科学探究方法。2.通过对电流表的两种接法,以及滑动变阻器接入电路的方式的分析,形成科学思维。
一、实验原理1.实验测量金属电阻率的理论依据是电阻定律。2.金属丝的电阻值可以用伏安法测出。3.金属丝的长度应用毫米刻度尺测定,金属丝的直径可以用螺旋测微器测定。4.螺旋测微器的读数规则测量值=固定刻度整毫米数(+半毫米数)+可动刻度读数(含估读)×0.01 mm。
5.实验电路图:电流表外接,而滑动变阻器一般采用限流式接法即可,如图所示。
二、实验器材毫米刻度尺、螺旋测微器、直流电流表、直流电压表、滑动变阻器(0~50 Ω)、电池组、开关、导线、待测金属丝等。三、实验步骤1.用毫米刻度尺测量接入电路的金属丝长度l,反复测量三次,并记录。2.用螺旋测微器在导线的三个不同位置上各测一次,并记录。3.依照实验电路图用导线把器材连好,并把滑动变阻器的阻值调至最大。4.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。
四、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,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。(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
将测得的R、l、d的值,代入电阻率计算公式ρ= 中,计算出金属导线的电阻率。
五、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
一、实验原理及操作【例题1】 在测量金属丝电阻率的实验中,可供选用的器材如下:待测金属丝: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)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)。 (2)在虚线框内画出电路原理图。
答案:(1)A1 E1 (2)电路图见解析
解析:(1)在用伏安法测电阻的实验中,为使测量尽量精确,电流表、电压表指针需达到半偏以上,电压表量程为3 V,则电源选择E1,电路中最大电流约为Imax= =0.75 A,则电流表选择A1。(2)电路原理图如图所示。
仪器选择的一般步骤(1)首先选择唯一性的器材;(2)粗画电路图(暂不接电流表和电压表);(3)估算回路中电流和电压的最大值,在电表的指针有较大幅度的偏转但不超过其量程的情况下,结合已知器材的规格,确定实验电路和实验器材。
二、仪器的读数及数据处理【例题2】 在测量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)。
(2)用伏安法测金属丝的电阻Rx。实验所用器材: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)、电池组(电压3 V)、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是采用图中的 [选填“(a)”或“(b)”]图。
(3)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(保留两位有效数字)。
(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·mB.1×10-3 Ω·mC.1×10-6 Ω·mD.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正确的是 。 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
答案:(1)0.398(0.396~0.399均正确) (2)(a)(3)见解析图 (4)见解析图 4.5(4.3~4.7均正确)(5)C (6)CD
解析:(1)螺旋测微器的读数为0 mm+39.8×0.01 mm=0.398 mm。(2)由实验记录的数据可知Rx的阻值大约为5 Ω。由题知Rx≪RV,故电流表外接。若滑动变阻器接为限流式接法,电路中最小电流值Imin= =0.12 A,其中R1为Rx与RV的并联电阻值且R1=Rx。则Rx两端的电压最小值Umin=IminRx=0.6 V,而从实验数据可知Rx两端电压是从0.10 V开始的,因此滑动变阻器应采用分压式接法。
(3)实物连接图如图(c)所示
(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(d)所示。
图线的斜率反映了金属丝的电阻,因此金属丝的电阻值Rx=4.5 Ω。
Ω·m=1.1×10-6 Ω·m,故选项C正确。(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来减小偶然误差。
图像法处理实验数据以及两种误差(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: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。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。
1.(螺旋测微器读数)某同学利用螺旋测微器测量一金属板的厚度。该螺旋测微器校零时的示数如图(a)所示,测量金属板厚度时的示数如图(b)所示。图(a)所示读数为 mm,图(b)所示读数为 mm,所测金属板的厚度为 mm。
答案:0.010 6.870 6.860解析:依据螺旋测微器读数的基本原理,0.5 mm以上的值在主尺上读出,而在螺旋尺上要估读到千分之一毫米,则图(a)读数为0.010 mm,图(b)读数为6.870 mm,故金属板的厚度d=6.870 mm-0.010 mm=6.860 mm。
2.(测量金属的电阻率的实验操作)(多选)在测量金属电阻率的实验中,以下操作错误的是( )A.用刻度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。
3.(测量金属的电阻率的实验原理)(多选)在测量金属的电阻率实验中,下列关于误差的说法正确的是( )A.电流表采用外接法,将会使ρ测<ρ真B.电流表采用外接法,由于电压表的并联引起了电阻丝分压的减小而引起测量误差
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