教科版高中物理必修第三冊(cè)第二章電路及其應(yīng)用4實(shí)驗(yàn)-測(cè)量金屬的電阻率課件

知識(shí)點(diǎn)1游標(biāo)卡尺4

實(shí)驗(yàn):測(cè)量金屬的電阻率知識(shí)清單破1.構(gòu)造:游標(biāo)卡尺主要由主尺和游標(biāo)尺組成。

2.原理:游標(biāo)卡尺是利用主尺的單位刻度與游標(biāo)尺的單位刻度之間固定的微量差值來(lái)提高測(cè)

量精度的。不管游標(biāo)尺上有多少個(gè)小等分刻度,它的刻度部分的總長(zhǎng)度都比主尺上同樣多的

小等分刻度少1mm。3.精度:常用的游標(biāo)卡尺有10分度、20分度和50分度三種。分度刻度總長(zhǎng)度每小格與1mm的差值精度(可精確到)109mm0.1mm0.1mm2019mm0.05mm0.05mm5049mm0.02mm0.02mm4.讀數(shù):若用x表示由主尺上讀出的整毫米數(shù),K表示游標(biāo)尺上零刻度線右邊第K條刻度線與主

尺上某一刻度線對(duì)齊,則記錄結(jié)果表示為x+K×精度mm。1.構(gòu)造:如圖所示。2.原理:測(cè)微螺桿P與固定刻度G之間的精密螺紋的螺距為0.5mm,即粗調(diào)旋鈕K每旋轉(zhuǎn)一周,P

前進(jìn)或后退0.5mm?？蓜?dòng)刻度H上有50個(gè)等分刻度,每轉(zhuǎn)動(dòng)一小格,P前進(jìn)或后退0.01mm,即精度為0.01mm。讀數(shù)時(shí)誤差出現(xiàn)在毫米的千分位上,因此,螺旋測(cè)微器又叫千分尺。知識(shí)點(diǎn)2螺旋測(cè)微器3.讀數(shù):從固定刻度上讀取整毫米或半毫米數(shù),然后從可動(dòng)刻度上讀取剩余部分,再把兩部分

讀數(shù)相加得到測(cè)量值。即測(cè)量值d=固定刻度讀數(shù)+可動(dòng)刻度數(shù)×0.01mm。

1.實(shí)驗(yàn)思路:取一段金屬電阻絲連接到實(shí)驗(yàn)電路中,只要測(cè)出電阻絲的電阻R、長(zhǎng)度l和直徑d,

就可以計(jì)算出該電阻絲所用材料的電阻率,即ρ=

=

。

知識(shí)點(diǎn)3金屬絲電阻率的測(cè)量2.物理量的測(cè)量(1)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R。(2)電阻絲有效長(zhǎng)度的測(cè)量:電阻絲長(zhǎng)度的測(cè)量工具應(yīng)選用刻度尺,在測(cè)量電阻絲的長(zhǎng)度時(shí),測(cè)

量的并不是電阻絲的總長(zhǎng)度,而是接入電路的有效長(zhǎng)度l,反復(fù)測(cè)量多次,得到有效長(zhǎng)度的平均

值。(3)電阻絲直徑的測(cè)量:因?yàn)殡娮杞z比較細(xì),直接用刻度尺測(cè)量會(huì)產(chǎn)生比較大的誤差。選擇測(cè)

量工具時(shí),既要考慮使用的方便,也要考慮測(cè)量誤差的大小。3.數(shù)據(jù)分析將三個(gè)測(cè)量值代入ρ=

=

,計(jì)算得出金屬絲的電阻率。1.做本實(shí)驗(yàn)時(shí),能否使用毫米刻度尺測(cè)量金屬絲接入電路的長(zhǎng)度和直徑?2.用螺旋測(cè)微器測(cè)金屬絲直徑時(shí),應(yīng)注意哪些問(wèn)題?3.若待測(cè)金屬導(dǎo)線是漆包線,用小刀刮掉漆皮再測(cè)量金屬導(dǎo)線的直徑,這種方法可以嗎?4.實(shí)驗(yàn)中用伏安法測(cè)金屬絲電阻時(shí),為方便操作,開(kāi)關(guān)一直閉合,待多次測(cè)量完畢再斷開(kāi)開(kāi)

關(guān)。這樣操作對(duì)嗎?知識(shí)辨析一語(yǔ)破的1.可用毫米刻度尺測(cè)量金屬絲接入電路的長(zhǎng)度,但金屬絲較細(xì),其直徑用毫米刻度尺測(cè)量誤差

較大,應(yīng)用游標(biāo)卡尺或螺旋測(cè)微器測(cè)量。2.應(yīng)選不同的位置測(cè)量3次,再取平均值。3.不可以。若待測(cè)金屬導(dǎo)線是漆包線,應(yīng)該用火燒去其表面的漆皮,輕輕抹去灰塵后再測(cè)金屬

導(dǎo)線的直徑,不可用小刀去刮掉漆皮。4.不對(duì)。金屬的電阻率隨溫度升高而增大,這會(huì)影響實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性,所以實(shí)驗(yàn)中每測(cè)一組電

壓、電流值應(yīng)及時(shí)把開(kāi)關(guān)斷開(kāi),防止金屬絲溫度升高。關(guān)鍵能力定點(diǎn)破1.電流表的內(nèi)接法和外接法的比較定點(diǎn)1伏安法測(cè)電阻兩種接法的比較和電路的選擇

內(nèi)接法外接法電路

誤差來(lái)源電流表分壓U測(cè)=Ux+UA電壓表分流I測(cè)=Ix+IV適測(cè)阻值大電阻小電阻電阻測(cè)量值R測(cè)=

=Rx+RA>Rx測(cè)量值大于真實(shí)值R測(cè)==

<Rx測(cè)量值小于真實(shí)值溫馨提示

可簡(jiǎn)記為“大內(nèi)偏大,小外偏小”。2.電路選擇方法(1)阻值比較法:先將待測(cè)電阻的估計(jì)值與電壓表、電流表內(nèi)阻進(jìn)行比較,若Rx較小,宜采用電

流表外接法;若Rx較大,宜采用電流表內(nèi)接法。(2)臨界值計(jì)算法Rx?

時(shí),用電流表外接法;Rx?

時(shí),用電流表內(nèi)接法。(3)實(shí)驗(yàn)試觸法:按如圖所示電路圖接好電路,讓電壓表的可動(dòng)接線端先后與a、b處接觸一下,

如果電壓表的示數(shù)有較大的變化,而電流表的示數(shù)變化不大,則可采用電流表外接法;如果電

流表的示數(shù)有較大的變化,而電壓表的示數(shù)變化不大,則可采用電流表內(nèi)接法。溫馨提示

由內(nèi)接法和外接法的誤差來(lái)源可知,當(dāng)電流表的量程合適且內(nèi)阻已知時(shí),選用內(nèi)

接法誤差較小。1.在求Rx的平均值時(shí)可用兩種方法(1)用Rx=

分別算出各次的數(shù)值,再取平均值。(2)用U-I圖線的斜率求出。定點(diǎn)2金屬絲電阻率的測(cè)量的數(shù)據(jù)處理和誤差分析注意

若采用圖像法,在描點(diǎn)時(shí),要盡量使各點(diǎn)間的距離拉大一些,連線時(shí)要盡可能地讓各點(diǎn)

均勻分布在直線的兩側(cè),個(gè)別明顯偏離較遠(yuǎn)的點(diǎn)可以不予考慮。2.計(jì)算電阻率:將記錄的數(shù)據(jù)Rx、l、d的值代入電阻率計(jì)算式ρ=Rx

=Rx

。3.誤差分析(1)金屬絲的橫截面積是利用直徑計(jì)算而得的,直徑的測(cè)量是誤差的主要來(lái)源之一。(2)采用伏安法測(cè)量金屬絲的電阻時(shí),由于采用的是電流表外接法,因此測(cè)量值小于真實(shí)值,故

電阻率的測(cè)量值偏小。(3)金屬絲的長(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。(4)由于金屬絲通電后發(fā)熱升溫,會(huì)使金屬絲的電阻率變大,造成測(cè)量誤差。4.注意事項(xiàng)(1)本實(shí)驗(yàn)中待測(cè)金屬絲的電阻值較小,因此實(shí)驗(yàn)電路一般采用電流表外接法。(2)實(shí)驗(yàn)連線時(shí),應(yīng)先從電源的正極出發(fā),將電源、開(kāi)關(guān)、電流表、待測(cè)金屬絲、滑動(dòng)變阻器

連成主干線路,然后再把電壓表并聯(lián)在待測(cè)金屬絲的兩端。(3)測(cè)量金屬絲的有效長(zhǎng)度,是指測(cè)量金屬絲接入電路的兩個(gè)端點(diǎn)之間的長(zhǎng)度,即電壓表兩端

點(diǎn)間的待測(cè)金屬絲長(zhǎng)度,測(cè)量時(shí)應(yīng)將金屬絲拉直,反復(fù)測(cè)量三次,求其平均值。(4)測(cè)量金屬絲直徑一定要選三個(gè)不同部位進(jìn)行測(cè)量,求其平均值。(5)閉合開(kāi)關(guān)S之前,一定要將原理圖中滑動(dòng)變阻器的滑片移到阻值最大處。(6)在用伏安法測(cè)電阻時(shí),通過(guò)待測(cè)金屬線的電流I不宜過(guò)大(電流表用0~0.6A量程),通電時(shí)間

不宜過(guò)長(zhǎng),以免金屬絲的溫度明顯升高,造成其電阻率在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中逐漸增大。典例張同學(xué)打算測(cè)量由某種合金材料制成的金屬絲的電阻率ρ,待測(cè)金屬絲的橫截面為圓

形。實(shí)驗(yàn)器材有毫米刻度尺、螺旋測(cè)微器、電壓表(內(nèi)阻幾千歐)、電流表(內(nèi)阻幾歐)【1】、

滑動(dòng)變阻器、電源、開(kāi)關(guān)、待測(cè)金屬絲及導(dǎo)線若干。(1)用毫米刻度尺測(cè)量待測(cè)金屬絲的長(zhǎng)度,用螺旋測(cè)微器測(cè)量其直徑【2】,結(jié)果分別如圖1和圖2

所示,可得其長(zhǎng)度L=

cm,直徑D=

mm。

圖159.400.435(0.434~0.436均可)

圖2(2)該同學(xué)要用圖像法求出待測(cè)金屬絲的阻值,要求電壓從零開(kāi)始變化【3】。請(qǐng)將圖3所示實(shí)物

電路圖中所缺導(dǎo)線補(bǔ)全。

(3)圖4是根據(jù)實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的6組電流I、電壓U的值描繪的點(diǎn),由圖可求出電阻值R=

圖35.75(5.70~5.80均可)Ω(保留3位有效數(shù)字)。

圖4(4)請(qǐng)寫(xiě)出待測(cè)金屬絲的電阻率ρ的表達(dá)式ρ=

(用測(cè)得的物理量符號(hào)和已知量表

示)。信息提取

【1】金屬絲的電阻較小,與電壓表、電流表內(nèi)阻相比較,確定電流表采用內(nèi)接法

還是外接法。【2】螺旋測(cè)微器的讀數(shù)=固定刻度讀數(shù)(注意半毫米刻度線是否露出)+可動(dòng)刻度數(shù)(估讀一

位)×0.01mm?！?】電壓從零開(kāi)始變化,滑動(dòng)變阻器采用分壓式接法。思路點(diǎn)撥

解答本題要分五步走。第一步:螺旋測(cè)微器讀數(shù)時(shí),要先讀出固定刻度讀數(shù),再讀出可動(dòng)刻度讀數(shù),然后相加即可得出

結(jié)果。第二步:根據(jù)題意,確定電流表的連接方式。第三步:要求電壓從零開(kāi)始變化,確定滑動(dòng)變阻器的連接方式。第四步:根據(jù)U-I圖上所標(biāo)的點(diǎn),作出U-I圖線,算出斜率可得出電阻值【4】。第五步:根據(jù)電阻定律【5】,求出電阻率。解析

(1)毫米刻度尺的分度值為1mm,由圖可知,待測(cè)金屬絲的長(zhǎng)度測(cè)量值為59.40cm。螺

旋測(cè)微器的讀數(shù)為0+43.5×0.01mm=0.435mm,即待測(cè)金屬絲直徑測(cè)量值為0.435mm(由

【2】得到)。(2)要求電壓從零開(kāi)始變化,故滑動(dòng)變阻器采用分壓式接法(由【3】得到);待測(cè)金屬絲電阻較

小,電流表采用外接法(由【1】得到)。實(shí)物電路圖連接如圖所示。

(3)在題圖中用直線擬合各數(shù)據(jù)點(diǎn),使直線通過(guò)盡可能多的點(diǎn),不在直線上的點(diǎn)均勻分布在直線兩側(cè),舍棄離直線較遠(yuǎn)的點(diǎn),如圖所示。

直線的斜率表示待測(cè)金屬絲的電阻,根據(jù)所畫(huà)直線可得R≈5.75Ω(由【4】得到)。(4)由于R=ρ

(由【5】得到),S=

,解得ρ=

。答案

(1)59.40

0.435(0.434~0.436均可)

(2)圖見(jiàn)解析

(3)5.75(5.70~5.80均可)

(4)

1.伏安法的變形——安安法、伏伏法測(cè)電阻(1)安安法測(cè)電阻即用兩個(gè)電流表測(cè)電阻。在缺少合適的電壓表的情況下,常用已知內(nèi)阻的

電流表串聯(lián)一個(gè)定值電阻代替電壓表使用,另一個(gè)不知內(nèi)阻的電流表用來(lái)測(cè)電流。(2)伏伏法測(cè)電阻即用兩個(gè)電壓表測(cè)電阻。在缺少合適的電流表的情況下,常用已知內(nèi)阻的

電壓表代替電流表使用,另外一個(gè)不知內(nèi)阻的電壓表用來(lái)測(cè)電壓。定點(diǎn)3其他方法測(cè)電阻2.等效替代法測(cè)電阻

電流等效替代電壓等效替代實(shí)驗(yàn)電路圖

實(shí)驗(yàn)步驟(1)閉合S1、S2,調(diào)節(jié)滑片P,使電流表指針指在適當(dāng)?shù)奈恢?記下此時(shí)電流表的示數(shù)為I0(2)斷開(kāi)S2,閉合S3,保持滑動(dòng)變阻器滑片P位置不變,調(diào)節(jié)電阻箱,使電流表的示數(shù)仍為I0(3)此時(shí)電阻箱接入電路的阻值R0與未知電阻Rx的阻值等效,即Rx=R0(1)閉合S1、S2,調(diào)節(jié)滑片P,使電壓表指針指在適當(dāng)?shù)奈恢?記下此時(shí)電壓表的示數(shù)為U0(2)斷開(kāi)S2,再閉合S3,保持滑動(dòng)變阻器滑片P位置不變,調(diào)節(jié)電阻箱,使電壓表的示數(shù)仍為U0(3)此時(shí)電阻箱接入電路的阻值R0與未知電阻Rx的阻值等效,即Rx=R03.半偏法測(cè)電表內(nèi)阻

電流表半偏法電壓表半偏法實(shí)驗(yàn)電路圖

實(shí)驗(yàn)步驟(1)按如圖所示連接實(shí)驗(yàn)電路。(2)斷開(kāi)S2,閉合S1,調(diào)節(jié)R1,使電流表指針滿(mǎn)偏。(3)保持R1不變,閉合S2,調(diào)節(jié)R2,使電流表指針半偏,然后讀出R2的值,則RA=R2(1)按如圖所示連接實(shí)驗(yàn)電路。(2)閉合S1、S2,調(diào)節(jié)R1的滑片,

使電壓表指針滿(mǎn)偏。(3)