人教版必修第三冊(cè)第十一章3課時(shí)2實(shí)驗(yàn)2金屬絲電阻率的測(cè)量學(xué)案

課時(shí)2實(shí)驗(yàn)2金屬絲電阻率的測(cè)量［定位?學(xué)習(xí)目標(biāo)］.理解測(cè)量電阻率的實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)方法。.通過(guò)分組實(shí)驗(yàn),學(xué)會(huì)測(cè)量導(dǎo)體的電阻率,并能進(jìn)行誤差分析。.通過(guò)使用游標(biāo)卡尺或螺旋測(cè)微器測(cè)量長(zhǎng)度，以及測(cè)量電阻等過(guò)程，進(jìn)一步形成自覺(jué)遵守實(shí)驗(yàn)操作規(guī)程和謹(jǐn)慎操作的習(xí)慣。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?學(xué)會(huì)使用伏安法測(cè)量電阻。.會(huì)測(cè)量金屬導(dǎo)體的電阻率。二、實(shí)驗(yàn)器材金屬電阻絲,直流電源，電流表，電壓表,滑動(dòng)變阻器,開(kāi)關(guān),導(dǎo)線若干,螺旋測(cè)微器,毫米刻度尺。三、實(shí)驗(yàn)原理與設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路如圖所示。取一段金屬電阻絲連接到電路中，只要測(cè)出電阻絲的電阻R、長(zhǎng)度1和直徑d（S=嗜），就可計(jì)算出該電阻絲所用4材料的電阻率,即P丹二等。I41四、實(shí)驗(yàn)步驟.電阻的測(cè)量:按實(shí)驗(yàn)電路圖連接實(shí)物電路。改變滑動(dòng)變阻器滑片的位置,讀取多組電壓、電流值,通過(guò)U-I圖像求得電阻Ro.電阻絲有效長(zhǎng)度的測(cè)量:用毫米刻度尺測(cè)量接入電路中的電阻絲的有效長(zhǎng)度1,反復(fù)測(cè)量多次,得到有效長(zhǎng)度的平均值。.電阻絲直徑的測(cè)量:用累積的方法測(cè)量或用螺旋測(cè)微器在電阻絲的不同位置測(cè)量3次直徑,求直徑的平均值d,計(jì)算出電阻絲的橫截面積五、數(shù)據(jù)處理.在求電阻R的平均值時(shí)可用兩種方法⑴公式法:測(cè)量多組電壓、電流值,求出對(duì)應(yīng)的電阻后取平均值,不能對(duì)電流、電壓取平均值。⑵圖像法:作出U-I圖像，由圖像的斜率求出電阻值。連線時(shí)要讓各點(diǎn)均勻分布在直線兩側(cè),個(gè)別偏離較遠(yuǎn)的點(diǎn)可以不予考慮。.計(jì)算電阻率:將記錄的數(shù)據(jù)R、1、d的值代入電阻率計(jì)算式p六、誤差分析.電阻絲的橫截面積是利用直徑計(jì)算而得,直徑的測(cè)量是產(chǎn)生誤差的主要來(lái)源之一。.采用伏安法測(cè)量電阻絲的電阻時(shí)，由于采用的是電流表外接法,測(cè)量值小于真實(shí)值，使電阻率的測(cè)量值偏小。.電阻絲的長(zhǎng)度測(cè)量、電流表和電壓表的讀數(shù)等會(huì)帶來(lái)偶然誤差。.由于電阻絲通電后發(fā)熱升溫,會(huì)使電阻絲的電阻率變大,造成測(cè)量誤差。要點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)原理和數(shù)據(jù)處理［例1］在“金屬絲電阻率的測(cè)量”的實(shí)驗(yàn)中，待測(cè)金屬絲的電阻R,約為3Q,實(shí)驗(yàn)室備有下列實(shí)驗(yàn)器材：A.電壓表V（量程0?3V,內(nèi)阻約為3kQ）B.電流表A（量程0?0.6A,內(nèi)阻約為1Q）C.滑動(dòng)變阻器R（0?10。，額定電流0.5A）D.電源E（電動(dòng)勢(shì)為3V,內(nèi)阻約為0.3Q）E.開(kāi)關(guān)S,導(dǎo)線若干（1）為減小實(shí)驗(yàn)誤差,應(yīng)選用圖中（選填“甲”或“乙”）為該實(shí)驗(yàn)的電路原理圖。⑵現(xiàn)用刻度尺測(cè)得金屬絲長(zhǎng)度為60.00cm,用螺旋測(cè)微器測(cè)得其直徑示數(shù)如圖丙，則直徑為mmo圖丁為兩電表的示數(shù)，電壓表的讀數(shù)為V,電流表的讀數(shù)為Ao則該金屬絲的電阻為Qo（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）解析：（1）由于甌,所以電流表外接，圖乙符合題意。⑵螺旋測(cè)微器讀數(shù)為d=0.5mm+10.8X0.01mm=0.608mm;電壓表量程為0?3V,分度值為0.1V,示數(shù)為1.20V;電流表量程為0?0.6A,分度值為0.02A,示數(shù)為0.50A,根據(jù)歐姆定律得丹。=2.40J\J?OQo答案：（1）乙（2）0.608（0.607-0.609均可）1.200.502.40［即時(shí)訓(xùn)練1］在“金屬絲電阻率的測(cè)量”的實(shí)驗(yàn)中。⑴用螺旋測(cè)微器測(cè)量金屬絲的直徑，示數(shù)如圖甲所示,讀數(shù)為mmo⑵用游標(biāo)卡尺測(cè)量金屬絲的長(zhǎng)度,示數(shù)如圖乙所示,讀數(shù)為emo⑶為了減少實(shí)驗(yàn)誤差，并要求在實(shí)驗(yàn)中獲得較大的電壓調(diào)節(jié)范圍，請(qǐng)?jiān)谔摼€框中畫(huà)出電路原理圖。(4)請(qǐng)根據(jù)(3)中設(shè)計(jì)的電路圖,連接實(shí)物圖。⑸兩電表的示數(shù)分別如圖丁所示(電壓表量程。?3V,電流表量程0-0.6A),電壓表讀數(shù)為V,電流表讀數(shù)為Ao根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，則該金屬絲的電阻率為。?m(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。解析：(1)金屬絲的直徑為d=6.5mm+36.0X0.01mm=6.860mm。(2)金屬絲的長(zhǎng)度為1=10mm+10X0.05mm=10.50mm=l.050cm。⑶金屬絲阻值較小,在伏安法測(cè)電阻時(shí)應(yīng)用電流表外接法;實(shí)驗(yàn)中要求有較大的電壓調(diào)節(jié)范圍，所以滑動(dòng)變阻器應(yīng)用分壓式接法,如圖1所示。(4)連接實(shí)物圖如圖2所示。⑸根據(jù)電表讀數(shù)規(guī)則可知，電壓表讀數(shù)為1.20V;電流表示數(shù)為0.50Ao由歐姆定律和電阻定律可知葉Pg代入數(shù)據(jù)可得該金屬絲的電阻率p^8.4X103Q?mo答案：(1)6.860(2)1.050(3)圖見(jiàn)解析(4)圖見(jiàn)解析(5)1.200.508.4X103要點(diǎn)二創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)［例2］某同學(xué)為了測(cè)量一根鉛筆芯的電阻率，設(shè)計(jì)了如圖甲所示的電路測(cè)量該鉛筆芯的電阻值。所用器材有電流表A、A2,電阻箱匕,滑動(dòng)變阻器R2,待測(cè)鉛筆芯R”電源E,開(kāi)關(guān)S及導(dǎo)線等。操作步驟如下：調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器和電阻箱的阻值達(dá)到最大；閉合開(kāi)關(guān)，適當(dāng)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器和電阻箱的阻值;記錄兩個(gè)電流表4、A2的示數(shù)分別為L(zhǎng)、b。請(qǐng)回答以下問(wèn)題：⑴若電流表的內(nèi)阻可忽略,則電流表示數(shù)12二L時(shí)，電阻箱的阻值等于待測(cè)鉛筆芯的電阻值。(2)用螺旋測(cè)微器測(cè)量該鉛筆芯的直徑，螺旋測(cè)微器的示數(shù)如圖乙所示，則該鉛筆芯的直徑為mm。(3)已測(cè)得該鉛筆芯的長(zhǎng)度1=20.00cm,電阻箱的讀數(shù)為5.00Q,根據(jù)測(cè)量的數(shù)據(jù)可計(jì)算出鉛筆芯的電阻率P二。?m(結(jié)果保留2位小數(shù))。⑷若電流表A2的內(nèi)阻不能忽略,仍利用(1)中方法,則鉛筆芯電阻的測(cè)量值(選填“大于”“小于”或“等于")真實(shí)值。解析：(1)由并聯(lián)電路特點(diǎn)可知，當(dāng)時(shí)，電阻箱的阻值與待測(cè)鉛筆芯的阻值相等。(2)螺旋測(cè)微器的讀數(shù)為1.000mmo⑶由公式R二可計(jì)算，鉛筆芯的電阻率為1.96X10$。(4)電流表A?的內(nèi)阻不能忽略時(shí),電流表A?與電阻箱的電阻之和等于待測(cè)鉛筆芯的電阻，即電阻的測(cè)量值小于真實(shí)值。答案：⑴](2)1.000(3)1.96X105⑷小于［即時(shí)訓(xùn)練2］現(xiàn)有一導(dǎo)電橡膠制成的圓柱體R,約12kQ,用螺旋測(cè)微器測(cè)其直徑D,示數(shù)如圖甲所示,用游標(biāo)卡尺測(cè)得其長(zhǎng)度為L(zhǎng),要測(cè)量該材料的電阻率,實(shí)驗(yàn)室提供的器材如下：A.學(xué)生電源(0?20V)B.電流表A1(0?3A)C.電流表Az(0?0.6A)D.電壓表％(0?3V,內(nèi)阻3kQ)E.電壓表％(0?15V,內(nèi)阻15kQ)F.滑動(dòng)變阻器R(0?20Q)G.滑動(dòng)變阻器R2(0?200Q)H.開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線若干(1)圓柱體的直徑D為mine⑵請(qǐng)根據(jù)提供的器材,在虛線框內(nèi)畫(huà)出實(shí)驗(yàn)電路圖。⑶用測(cè)量量和已知量計(jì)算電阻率的表達(dá)式，式中各符號(hào)的意義是。解析：(1)由題圖甲可知，圓柱體的直徑為1.5mm+47.5X0.01mm=l.975mm。⑵流過(guò)待測(cè)圓柱體的最大電流約為1二品含浮C1.67mA,最大電流R12X103太小,遠(yuǎn)小于電流表量程,不能用電流表測(cè)電流,可以用已知內(nèi)阻的電壓表V,測(cè)電流,把電壓表V1與待測(cè)圓柱體R串聯(lián)，電壓表V2測(cè)電壓;為方便實(shí)驗(yàn)操作,滑動(dòng)變阻器應(yīng)選R.;由于待測(cè)圓柱體R阻值遠(yuǎn)大于滑動(dòng)變阻器最大阻值,為測(cè)多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用