1、3.实验：导体电阻率的测量目标体系构建明确目标梳理脉络 【学习目标】1知道游标卡尺和螺旋测微器测量长度的原理和读数方法。2理解金属丝电阻率的测量原理，掌握各物理量的测量方法。3掌握利用伏安法测电阻的原理和方法，会进行数据处理和误差分析。【思维脉络】课内互动探究细研深究破疑解难 探究长度的测量及测量工具的选用情境导入_一、游标卡尺1测量原理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游标尺(或称副尺)构成，如图所示。主尺的最小分度是1 mm，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
2、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0.1 mm，其他不同准确度的游标卡尺的原理也是一样的。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)1090.10.10.1n20190.050.050.05n50490.020.020.02n2.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：将待测物放在两测爪之间(注：测一般物长用外测爪
3、，测孔径等物体内部长度时，用内测爪，测深槽或深筒时，用游标后的深度尺窄片)，移动游标，使测爪刚好与物体接触即可读数。(3)读数：以游标零刻线位置为准。在主尺上读取毫米数L。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KL，式中K为与主尺某刻线对齐的游标第K条刻线，L为游标卡尺的精度。得读数为LKL。3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，在读数时均不需估读，读数的精确度要确保不变。(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
4、固定后再读数。典例剖析_典例1 如图所示，甲为一游标卡尺的结构示意图，当测量一钢笔帽的内径时，应该用游标卡尺的_A_(选填“A”“B”或“C”)进行测量，示数如图乙所示，该钢笔帽的内径为_11.25_ mm。思路引导：(1)游标卡尺读数的方法是主尺读数加上游标读数，不需估读。(2)特别注意：该游标为20分度。解析：由游标卡尺的结构原理可知，测内径应选游标卡尺的内测量爪，故选A；游标卡尺的主尺读数为11 mm，游标尺的读数为50.05 mm0.25 mm，故钢笔帽的内径为11.25 mm。对点训练_1某同学用游标卡尺分别测量金属圆管的内、外壁直径，游标卡尺的示数分别如图(a)和(b)所示。由图可
5、读出，圆管内壁的直径为_2.23_ cm，圆管外壁的直径为_2.99_ cm；由此可计算出金属圆管横截面的面积。解析：题图(a)中游标卡尺的主尺读数为22 mm，游标尺读数为30.1 mm0.3 mm，所以最终读数为22 mm0.3 mm22.3 mm2.23 cm。题图(b)中游标卡尺的主尺读数为29 mm，游标尺读数为90.1 mm0.9 mm，所以最终读数为29 mm0.9 mm29.9 cm。二、螺旋测微器1测量原理螺旋测微器又叫千分尺，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0.01 mm，它的测砧A和固定刻度B固定在尺架C上
6、，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0.5 mm，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，即它可以估读到千分位，故也叫做千分尺。2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
7、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)3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0.01 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
8、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。典例剖析_典例2 用螺旋测微器测量合金丝的直径。为防止读数时测微螺杆发生转动，读数前应先旋紧如图所示的部件_B_(选填“A”“B”“C”或“D”)。从图中的示数可读出合金丝的直径为_0.410_ mm。思路引导：(1)螺旋测微器的读数方法是固定刻度读数加上可动刻度读数，在读可动刻度读数时需估读。(2)特别注意：主尺半刻度线是否露出。解析：读数前应先旋紧B，使读数固定不变，螺旋测微器的固定刻度为0 mm，可动刻度为41.00.01 mm0.410 mm，所以最终读数为0 mm0.410 mm0
9、.410 mm。对点训练_2在测量一根粗细均匀的合金丝电阻率的实验中，利用螺旋测微器测定合金丝直径的过程如图所示，校零时的读数为_0.009_ mm，合金丝的直径为_0.648_ mm。解析：校零时可动刻度为0.7格，故读数为0.90.01 mm0.009 mm，测量时固定刻度上读数为0.5 mm，可动刻度为15.7格，故读数为0.5 mm15.70.01 mm0.657 mm。合金丝的直径为两次读数之差，D0.657 mm0.009 mm0.648 mm。探究 金属丝电阻率的测量情境导入_一、实验器材毫米刻度尺，螺旋测微器或游标卡尺，直流电流表和直流电压表，滑动变阻器(阻值范围050 )，电
10、池组，开关，被测金属丝，导线若干。二、测量原理1把金属丝接入电路中，用伏安法测金属丝的电阻R(R)。电路原理如图所示。2用毫米刻度尺测出金属丝的长度l，用螺旋测微器测出金属丝的直径d，算出横截面积S(S)。3由电阻定律R，得，求出电阻率。三、实验步骤1测直径：用螺旋测微器在导线的三个不同位置上各测一次，并记录。2测长度：将金属丝两端固定在接线柱上悬空挂直，用毫米刻度尺测量接入电路的金属丝长度l(即有效长度)，反复测量三次，并记录。3连电路：依照原理图中所示的电路图用导线把器材连好。4测U、I：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
11、U的值，记入表格内，断开开关S。5整理：拆除实验电路，整理好实验器材。四、数据处理1电阻R的测量值确定方法一，平均值法：可以将每次测量的U、I分别计算出电阻，求出电阻的平均值，作为测量结果。方法二，图像法：可建立UI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。2将测得的R、l、d的值，代入电阻率计算公式中，计算出金属导线的电阻率。五、误差分析1长度测量、直径测量造成的偶然误差。2电压表、电流表读数造成的偶然误差。3电流表外接法，R测R真，导致测真(系统误差)。六、注意事项1测量导线的长度时应当测量连入电路的导线的有效长度(而不是金属丝的总长度)。2由于被测金属导线的阻
12、值较小，为了减小测量误差，应选用电流表外接法。3为准确求出R的平均值，应采用UI图像法求电阻。4在用伏安法测电阻时，通过待测导线的电流I的值不宜过大(电流表用00.6 A量程)，通电时间不宜过长，以免金属导线的温度过高，造成其电阻率在实验过程中增大。典例剖析_典例3 利用螺旋测微器、米尺和如图所示的器材(其中电流表的内阻为1 ，电压表的内阻为5 k)测量一根粗细均匀的阻值约为5 的金属丝的电阻率。(1)用笔画线代替导线，将图甲中的器材连接成实物电路，要求尽量避免交叉，电流表、电压表应该选择合适的量程(已知电源的电动势为6 V，滑动变阻器的阻值为020 )。(2)实验时，用螺旋测微器测量金属丝的
13、直径和用米尺测量金属丝的长度示数如图乙所示，电流表、电压表的读数如图丙所示。由图可以读出金属丝两端的电压U_2.20_V_，流过金属丝的电流I_0.44_A_，金属丝的长度L_30.50_cm_，金属丝的直径d_1.850103_m_。(3)该金属丝的电阻率是_4.4105_m_(保留两位有效数字)思路引导：(1)按照实验原理连线。(2)电流表、电压表读数时，要先看清量程，再读数。解析：(1)由于金属丝的电阻比电压表的内阻小得多，因此采用电流表外接法，具体连线见答案。(2)由图可以看出：电压表的量程是3 V，所以读数是2.20 V；电流表的量程是0.6 A，所以读数是0.44 A；由于螺旋测微
14、器的半毫米刻度线已经露出，因此读数是1.850103 m；米尺的读数是40.50 cm10.00 cm30.50 cm。(3)由电阻定律得 m4.4105 m。答案：(1)对点训练_3(2020山东省淄博一中高一下学期期中)在“测量金属的电阻率”的实验中，某同学连接的实物连接图如图所示。(1)根据实物连接图，画出电路图；(2)依照实物连接图，闭合开关前，滑动变阻器的滑动触头应置于_a_(填“a”或“b”)端；(3)已知待测金属丝的横截面积为S，某次测量中电压表的示数为U，电流表的示数为I，金属丝的长度为L，据此可求得金属丝的电阻率(用已给出的字母表示)。答案：(1)见解析图。解析：(1)根据实物连接图，画出电路图如图所示(2)为保护电路，闭合开关前应使滑动变阻器的阻值最大，即应将滑动触头置于a端。(3)根据R和I可解得。
