1、4实验：测量金属的电阻率 第二章 电路及其应用 学习目标：1掌握游标卡尺和螺旋测微器的使用方法和读数方法。2掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法。3学会利用伏安法测电阻，进一步测量金属丝的电阻率。自主预习探新知 NO.1实验1 长度的测量及测量工具的选用 一、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 mm。10.10.050.023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
2、对齐的游标的格数，则记录结果表达为(xK精度)mm。二、螺旋测微器 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。0.50.50.010.012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 1 位)0.01(mm)。实验 2 伏安法测电阻的两种电路 一、电流表外接
3、法 如图甲所示，电压表测的电压电阻两端的电压，电流表测的电流通过电阻的电流，计算得出的电阻值电阻的真实值。甲 乙 等于大于小于二、电流表内接法 如图乙所示，电流表测的电流通过电阻的电流，电压表测的电压电阻两端的电压，计算得出的电阻值电阻的真实值。等于大于大于三、两种电路的选择 1阻值比较法：待测电阻较小或RxRARVRx时，选用电流表外接法；待测电阻较大或RxRARVRx时，选择电流表内接法。2临界值计算法：当 Rx RARV时，用电流表外接法；当 Rx RARV时，用电流表内接法。实验 3 金属丝电阻率的测量 一、实验原理和方法 由 RlS得 ，因此，只要测出金属丝的长度 l、横截面积S 和
4、金属丝的电阻 R，即可求出金属丝的电阻率。RSl1把金属丝接入电路中，用伏安法测金属丝的电阻 RRUI。电路原理如图所示。2用测量金属丝的长度 l，用量得金属丝的直径，算出横截面积 S。3将测量的数据代入公式求金属丝的电阻率。螺旋测微器RSl毫米刻度尺二、实验器材 被测金属丝、螺旋测微器、毫米刻度尺、电池组、电流表、电压表、滑动变阻器、开关、导线若干。三、实验步骤 1直径测量 用螺旋测微器在被测金属导线上的位置各测一次直径，求出其平均值 d，计算出导线的横截面积 S 。三个不同d242电路连接 按如图所示的原理电路图连接好，用法测电阻。伏安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
5、有效长度，反复测量 3 次，求出其平均值 l。4U、I 测量 把上图中滑动变阻器的滑片调节到最左端，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拆去实验线路，整理好实验器材。四、数据处理 1在求 Rx 的平均值时可用两种方法(1)用 RxUI 分别算出各次的数值，再取平均值。(2)用 U-I 图线的斜率求出。2计算电阻率 将记录的数据 Rx、l、d 的值代入电阻率计算式 RxSl 。d2U4lI五、误差分析 1金属丝的横截面积是利用直径计算而得，的测量是产生误差的主要来源之一。2采用伏安法测量金
6、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。直径外小于小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。大六、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
7、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，一定要将原理图中滑动变阻器的滑片移到最左端。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 00.6 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。7求 Rx 的平均值时可用两种方法：第一种是用 RxUI 算出各次的测量值，再取平均值；第二种是用图像(U-I 图线)来求出。若采用图像法，在描点时，要尽量使各点间的距离拉大一些，连线时要尽可能地让各点均匀分布在直线的两侧，个别明显偏离较远的点可以不予考虑。合作探究提素养 NO.2【例 1】某同学利用游标卡尺和螺旋
8、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。甲乙解析 游标卡尺读数为d12 mm4 120 mm12.20 mm1.220 cm 螺旋测微器的读数为h6.5 mm36.10.01 mm6.861mm。答案 1.220 6.861 1游标卡尺不需要估读，读数结果10分度为：以毫米为单位，小数点后保留一位小数，20分度和50分度为：以毫米为单位，小数点后保留两位小数，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：以毫米为单位，小数点后保留三位小数，需要特别注意半毫米刻度线是否露出。【例2】某同学
9、在一次“测定金属的电阻率”的实验中，用米尺测出接入电路部分的金属丝长度为l0.720 m，用螺旋测微器测出金属丝直径(刻度位置如图所示)，用伏安法测出金属丝的电阻(阻值大约为5)，然后计算出该金属材料的电阻率。在用伏安法测定金属丝的电阻时，除被测金属丝外，还有如下实验器材：A直流电源(输出电压为3 V)B电流表A(量程00.6 A，内阻约0.125)C电压表V(量程03 V，内阻3 k)D滑动变阻器(最大阻值20)E开关、导线等(1)从图中读出金属丝的直径为_mm。(2)根据所提供的器材，在虚线框中画出实验电路图。(3)若根据伏安法测出金属丝的阻值为Rx4.0，则这种金属材料的电阻率为_m(保
10、留两位有效数字)。解析(1)螺旋测微器读数为 0.5 mm10.00.01 mm0.600mm。(2)由于金属丝电阻较小，电流表采用外接法，因测量金属丝的电阻率电流不能太大，由 I ERr，结合电流表读数原理，电流表应满足偏转一半以上，总电阻大于 5，小于 10，滑动变阻器可以用限流式接法，实验电路如图。(3)由R lS得RSl Rxd24l，将Rx4.0、l0.720 m、d0.600 mm0.600103 m，代入得1.6106 m。答案(1)0.600(2)见解析图(3)1.6106 1注意测金属丝电阻时，因电阻丝电阻较小，应采用电流表外接法。2应用电阻定律计算电阻率时，各量均应统一为国
11、际单位制，计算结果要符合有效数字要求。当堂达标夯基础 NO.31 2 3 4 5 6 7 1(多选)在“测定金属的电阻率”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 1 2 3 4 5 6 7 AC 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
12、。1 2 3 4 5 6 7 2某同学测定一金属杆的长度和直径，示数如图甲、乙所示，则该金属杆的长度和直径分别为_cm 和_mm。甲1 2 3 4 5 6 7 乙1 2 3 4 5 6 7 解析 金属杆长度由刻度尺示数可得，由题图甲得 L60.10cm。由题图乙知，此游标尺为 50 分度，游标尺上第 10 刻线与主尺上一刻线对齐，则金属杆直径为 d4 mm 15010 mm4.20 mm。答案 60.10 4.20 1 2 3 4 5 6 7 3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，额定电流约 0.5 A)；电压表 V(量程 03 V，内阻约 3 k)；
13、电流表 A1(量程 00.6 A，内阻约 0.2)；电流表 A2(量程 03 A，内阻约 0.05)；电源 E1(电动势 3 V，内阻不计)；1 2 3 4 5 6 7 电源 E2(电动势 12 V，内阻不计)；滑动变阻器 R(最大阻值约 20)；螺旋测微器；毫米刻度尺；开关 S；导线。1 2 3 4 5 6 7(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。(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)在虚线框内画出电路原理图。1 2 3 4 5 6 7 解析(1)螺旋测微器的读数为 1.5 mm27.40.01 mm1.774
14、mm。答案(1)1.774(1.7731.775 均可)(2)A1 E1 见解析图(2)金属丝的额定电流约为 0.5 A，电流表应选A1；金属丝额定电压约为 UIR0.542.0 V，电源应选 E1。电路原理图如图所示。1 2 3 4 5 6 7 4在“测定金属的电阻率”的实验中，甲 乙 1 2 3 4 5 6 7(1)某同学用螺旋测微器测金属丝直径时，测得结果如图甲所示，则该金属丝的直径为_mm。(2)用量程为 3 V 的电压表和量程为 0.6 A 的电流表测金属丝的电压和电流时的读数如图乙所示，则电压表的读数为_V，电流表的读数为_A。(3)用米尺测量金属丝的长度 L0.810 m。利用以
15、上测量数据，可得这种材料的电阻率为_m(保留两位有效数字)。1 2 3 4 5 6 7 解析(1)螺旋测微器的读数为 d2.5 mm43.50.01 mm2.935 mm。(2)因电压表的每小格读数为 0.1 V，所以应估读到 0.01 V，所以电压表的读数为 U2.60 V；同理，电流表的每小格读数为 0.02 A，应估读到 0.01 A，所以电流表的读数为 I0.52 A。1 2 3 4 5 6 7(3)根据 RLS得：RSL Rd22L，又 RUI，联立以上两式，代入数据得：4.2105 m。答案(1)2.935(2)2.60 0.52(3)4.2105 1 2 3 4 5 6 7 5某
16、同学想要了解导线在质量相等时，电阻与横截面积的关系，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。1 2 3 4 5 6 7(2)该同学经实验测量及相关计算得到如下数据：电阻 R/121.050.023.910.03.1 导线直径 d/mm0.8010.9991.2011.4941.998 导线横截面积 S/mm20.5040.7831.1321.7523.134 1 2 3 4 5 6 7 请你根据以上数据判断，该种导线的电阻R与横截面积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
17、系。_ _。(3)若导线的电阻率5.1107 m，则表中阻值为3.1 的导线长度l_m(结果保留两位有效数字)。1 2 3 4 5 6 7 解析(1)螺旋测微器读数为(10.0120.0)mm1.200 mm。(3)由 RlS可得 lRS 3.13.1341065.1107 m19 m。(2)由数据可知 R 与 S 不成反比，经计算可知 Rd4，则 R 与S2 成反比(或 RS2常量)。答案(1)1.200(2)不满足，R 与 S2 成反比(或 RS2常量)(3)19 1 2 3 4 5 6 7 6某同学测量一个圆柱体的电阻率时，需要测量圆柱体的尺寸和电阻。(1)分别使用游标卡尺和螺旋测微器测
18、量圆柱体的长度和直径，某次测量的示数如图(a)和图(b)所示，则长度为_cm，直径为_mm。1 2 3 4 5 6 7 图(a)图(b)图(c)1 2 3 4 5 6 7(2)按图(c)连接电路后，实验操作如下：将 R1 的阻值置于最_(选填“大”或“小”)处，将开关 S2 拨向接点 1，闭合开关 S1，调节 R1，使电流表示数为 I0；将 R2 的阻值调至最_(选填“大”或“小”)处，将开关 S2 拨向接点 2，保持 R1 不变，调节 R2，使电流表示数仍为 I0，此时 R2 的阻值为 1 280。(3)由此可知，圆柱体的电阻为_。1 2 3 4 5 6 7 解析(1)由题图(a)所示游标卡
19、尺可知，主尺示数为 5.0 cm，游标尺示数为 20.1 mm0.2 mm0.02 cm，故游标卡尺示数为 5.0cm0.02 cm5.02 cm。由题图(b)所示螺旋测微器可知，固定刻度示数为 5 mm，可动刻度示数为 31.50.01 mm0.315 mm，故螺旋测微器示数为 5 mm0.315 mm5.315 mm。1 2 3 4 5 6 7(2)R1 起保护电路的作用，应将滑动变阻器 R1 的阻值置于最大处。为保护电流表，应将电阻箱 R2 的阻值调至最大处。答案(1)5.02 5.315(2)大 大(3)1 280(3)两种情况下，电路电流相等，电路电阻相等，因此圆柱体电阻与电阻箱电阻
20、相等，圆柱体的电阻为 1 280。1 2 3 4 5 6 7 7某中学的探究小组为了测量电阻丝的电阻率，拿来一根粗细均匀的电阻丝，完成了如下的操作：(1)用游标卡尺测得电阻丝的直径如图 1 所示，其读数为 d_cm；图 1 图 2 1 2 3 4 5 6 7(2)将电阻丝接入如图 2 所示的电路，用刻度尺测量出接入电路的电阻丝长度；(3)闭合开关，读出电压表以及电流表的示数，由 RUI 求出相对应的电阻丝的阻值；(4)改变电阻丝的长度，重复操作(2)、(3)4 次；1 2 3 4 5 6 7(5)将5次测量的数据记录在下表。实验次数12345L/m0.160 0.220 0.300 0.440
21、 0.560R/1.201.622.203.204.11 1 2 3 4 5 6 7 根据表中的数据作出电阻与电阻丝长度的关系图像，然后利用所学的知识求出该电阻丝的电阻率。1 2 3 4 5 6 7 解析(1)游标卡尺读数为 2 mm170.05 mm0.285 cm。(5)作出的 R-L 图像如图所示：1 2 3 4 5 6 7 在图中根据直线斜率的定义可得：kR2R1L2L1 又由 RLS可得：kS 由式可得电阻丝的电阻率为 kS 可见只要求出直线的斜率 k 和电阻丝的横截面积 S，便可求得电阻丝的电阻率，因此在图像上取两个距离较远的点，如(0.100,0.800)和(0.464,3.400)代入直线的斜率公式可得：1 2 3 4 5 6 7 kR2R1L2L13.4000.8000.4640.100/m7.14/m 将 k7.14/m 代入式可得：kS7.143.140.28510222m4.55105 m。答案(1)0.285(5)4.55105 m 谢谢观看 THANK YOU!