2020春新教材高中物理第11章电路及其应用第3节实验：导体电阻率的测量课件新人教版必修第三册

1第3节实验：导体电阻率的测量2核心素养物理观念科学思维科学探究掌握测定金属电阻率的实验原理、实验器材。进一步掌握用伏安法测电阻的电路的设计思想，会根据不同情况设计电路图。科学态度与责任：在实验过程中保持很好地交流、合作，准确记录数据，认真进行数据处理。了解本实验需要测的物理量及所用的器材和方法；能进行分组分层、自主合作探究，能综合信息进行数据处理。31.设计原理常用的刻度尺的最小分度一般为1mm，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42.刻度尺的使用方法(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。5二、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。游标尺62.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9mm，因此副尺上每一个分度比主尺的最小分度小0.1mm。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1mm刻线、2mm刻线……分别相差0.1mm、0.2mm……，副尺上第十条刻线正好对齐主尺上9mm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。1mm0.1mm7见表格游标卡尺精度(mm)测量结果[n为游标卡尺上正对刻度左侧的小格数](mm)小格数刻度总长度(mm)主尺与游标卡尺每小格长度差(mm)1090.10.1＋0.1n20190.050.05＋0.05n50490.020.02＋0.02n83.使用方法(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。94.注意事项(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。10三、螺旋测微器1.结构及作用112.测量原理螺旋测微器又叫_________，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0.5mm，可动刻度E上的刻度为50等分，每一小格表示0.01mm，这也就是螺旋测微器的精度，读数时再估读一位，即可测到0.001mm，故也叫作千分尺。千分尺0.01mm0.5mm123.使用方法(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)134.注意事项(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0.01mm，估读到0.001mm，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“6.32mm”，肯定有效数字是错的，正确的应读成6.320mm。14一、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15二、实验原理毫米刻度尺(1)把金属丝接入电路中，用伏安法测金属丝的电阻R(R＝UI)。电路原理图如图所示。(2)用_______________测出金属丝的长度l，用_______________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。螺旋测微器16三、实验器材螺旋测微器、_______________、电压表、电流表、开关及导线、待测金属丝、电源(学生电源)、_______________。毫米刻度尺滑动变阻器17四、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。毫米刻度尺最大18五、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0.01mm，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。(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。193.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＝RSl＝πd2R4l中，计算出金属导线的电阻率。20六、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)。21七、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。22[例1]现用最小分度为1mm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。核心要点游标卡尺和螺旋测微器的读数23答案972.0金属丝直径测量方法见解析解析观察本题图示，注意金属丝的起点不在“0”处，所以测得金属丝的长度为982.0mm－10.0mm＝972.0mm。由于一根金属丝的直径太小，用mm刻度尺不易测量，故采用放大法测量：在铅笔上紧密排绕N匝金属丝，用毫米刻度尺测出该N匝金属丝的宽度D。由此可以算出金属丝的平均直径为DN。24[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8mm，可动刻度读数为47.0×0.01mm＝0.470mm，所以读数为8mm＋0.470mm＝8.470mm。25(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20mm，对齐格数为第12条，20分度的游标卡尺的精度为0.05mm，所以读数为20mm＋12×0.05mm＝20.60mm。答案(1)8.470(2)20.6026[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1mm，所以应估读到小数点后的第2位。木板的长度是10cm＋4mm＋估计值，记作10.41cm。(或10.42cm、10.40cm均可)答案10.41(或10.42、10.40均可)27[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()A.2.90cmB.2.9cmC.2.27mmD.2.27cm解析游标卡尺的主尺读数为2.2cm，游标尺上第7个刻度和主尺上某一刻度对齐，游标读数为0.1×7mm＝0.7mm＝0.07cm，所以最终读数为：主尺读数＋游标尺读数为：2.2cm＋0.07cm＝2.27cm；故选D。答案D28[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0.5mm，可动刻度读数为0.01×18.0mm＝0.180mm，所以最终读数为0.680mm。答案0.680291.两种接法的特点(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。核心要点滑动变阻器的使用方法302.滑动变阻器的两种接法及其应用限流式接法分压式接法电路图闭合开关前滑片位置滑片在最左端，以保证滑动变阻器接入电路中的阻值最大滑片在最左端，开始时R两端的电压为零31负载两端的电压调节范围RR0＋RU～U0～U通过负载的电流调节范围UR0＋R～UR0～UR32[例3]如图所示，滑动变阻器R1的最大阻值是200Ω，R2＝300Ω，A、B两端电压UAB＝8V。(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？解析(1)S断开时，滑动变阻器R1为限流式接法，R1的下部不接入电路中，当滑片P在最上端时，R1接入电路的电阻为零，因此R2获得的最大电压等于8V，当滑片P在最下端时，R1与R2串联，此时R2两端的电压最小，UR2＝R2R1＋R2UAB＝4.8V，所以R2两端的电压变化范围为4.8～8V。33(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8V，所以R2两端的电压变化范围为0～8V。答案(1)4.8～8V(2)0～8V34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