物理魯科版（2019）必修第三冊(cè) 3.6科學(xué)測(cè)量：金屬絲的電阻率課件

第3章恒定電流第6節(jié)科學(xué)測(cè)量金屬絲的電阻率1、方法：

用電壓表測(cè)出電阻兩端的電壓U，用電流表測(cè)出通過(guò)電阻的電流I，利用部分電路歐姆定律可以算出電阻的阻值R伏安法

一、電阻的測(cè)量

2、兩種電路

①電流表接在電壓表兩接線(xiàn)柱外側(cè)，通常叫“外接法”②電流表接在電壓表兩接線(xiàn)柱內(nèi)側(cè)，通常叫“內(nèi)接法”AVRAVR

注：因?yàn)殡娏鞅?、電壓表分別有分壓、分流作用,因此兩種方法測(cè)量電阻都有誤差．②系統(tǒng)誤差：由于實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方法、儀器精度問(wèn)題引起的測(cè)量誤差

①偶然誤差：

由于環(huán)境偶然因素、人為偶然因素引起的測(cè)量誤差

例如：長(zhǎng)度測(cè)量的讀數(shù)誤差，電流表讀數(shù)的誤差等

例如：伏安法測(cè)電阻的誤差

特點(diǎn)：測(cè)量值與真實(shí)值相比有時(shí)偏大有時(shí)偏小減少偶然誤差的方法：多次測(cè)量，取平均值特點(diǎn)：測(cè)量值與真實(shí)值相比總是偏大或總是偏小減少系統(tǒng)誤差的方法：完善實(shí)驗(yàn)原理、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法、提高儀器精度

3、誤差電流表示數(shù)4、誤差分析

（1）電流表外接法電壓表示數(shù)誤差：測(cè)量值偏小減少誤差的方法：誤差來(lái)源于電壓表的分流，分流越小，誤差越小．測(cè)量小電阻，即情況下使用<AVR外接法的真實(shí)值的計(jì)算方法①測(cè)量值的計(jì)算方法：②真實(shí)值的計(jì)算方法：將電流表、電壓表看成電阻(RV已知時(shí))，利用歐姆定律計(jì)算。AVR（2）電流表內(nèi)接法

電壓表示數(shù)電流表示數(shù)誤差：測(cè)量值偏大減少誤差的方法：誤差來(lái)源于電流表的分壓，分壓越少，誤差越?。疁y(cè)量大電阻，即情況下適用。AVR>內(nèi)接法的真實(shí)值計(jì)算（1）測(cè)量值的計(jì)算方法：（2）真實(shí)值的計(jì)算方法：將電流表、電壓表看成電阻（RA已知時(shí)），利用歐姆定律計(jì)算。AVR5、電路選擇當(dāng)時(shí)，選用電流表內(nèi)接法．時(shí)，選用電流表外接法．當(dāng)①直接比較法：當(dāng)Ｒx《Ｒv時(shí)，采用外接法當(dāng)Ｒx》ＲA時(shí)，采用內(nèi)接法②阻值比值法滑動(dòng)變阻器兩種接法

1、兩種接法的優(yōu)缺點(diǎn):①限流接法:優(yōu)點(diǎn):電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；操作方便；耗能少。缺點(diǎn)：電壓或電流不能從0變起；調(diào)節(jié)范圍小。②分壓接法：優(yōu)點(diǎn):電壓或電流能從0變起；調(diào)節(jié)范圍大。缺點(diǎn)：電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜；操作不方便；耗能多。2、兩種接法的選擇：①以下3種情況下必須用分壓接法：A.當(dāng)要求電壓或電流從0變起時(shí)，B.當(dāng)待測(cè)電阻的阻值遠(yuǎn)大于滑動(dòng)變阻器的總阻值時(shí)，C.當(dāng)采用限流接法，無(wú)論怎樣調(diào)節(jié)都不能保證電路的安全時(shí)②當(dāng)兩種接法均可時(shí)，一般采用限流接法。3、滑動(dòng)變阻器的選擇：①當(dāng)采用限流接法時(shí)，選擇總電阻與待測(cè)電阻的阻值相接近的那一個(gè)。②當(dāng)采用分壓接法時(shí)，選擇總電阻小而額定電流大的那一個(gè)。器材選擇與電路設(shè)計(jì)一、器材選擇的原則1、安全性原則：例如電壓表與電流表不能超過(guò)量程。2、精確性原則：例如電壓表與電流表的指針偏角不能過(guò)小，應(yīng)使其指針偏角不小于滿(mǎn)偏的1/3.3、方便性原則4、經(jīng)濟(jì)性原則二、電路設(shè)計(jì)1、電流表的內(nèi)外接法2、滑動(dòng)變阻器的接法

科學(xué)測(cè)量：金屬絲電阻率

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)會(huì)用伏安法測(cè)量電阻的阻值,測(cè)定金屬絲的電阻率。二、實(shí)驗(yàn)原理1.測(cè)定金屬電阻率(1)把金屬絲接入電路中,用伏安法測(cè)金屬絲的電阻三、實(shí)驗(yàn)器材螺旋測(cè)微器或游標(biāo)卡尺、毫米刻度尺、電壓表、電流表、定值電阻、開(kāi)關(guān)及導(dǎo)線(xiàn)、被測(cè)金屬導(dǎo)線(xiàn)、電池、滑動(dòng)變阻器。四、實(shí)驗(yàn)步驟1.測(cè)直徑:用螺旋測(cè)微器或游標(biāo)卡尺在被測(cè)金屬絲上三個(gè)不同位置各測(cè)一次直徑,并記錄。2.量長(zhǎng)度:用毫米刻度尺測(cè)量接入電路中的被測(cè)金屬絲的有效長(zhǎng)度,反復(fù)測(cè)量3次,并記錄。3.連電路:按原理圖所示的電路圖連接實(shí)驗(yàn)電路。4.求電阻:把滑動(dòng)變阻器的滑片調(diào)節(jié)到使電壓表為零的位置,電路經(jīng)檢查確認(rèn)無(wú)誤后,閉合開(kāi)關(guān)S。改變滑動(dòng)變阻器滑片的位置,讀出幾組相應(yīng)的電流表、電壓表的示數(shù)I和U的值,記入表格內(nèi),斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S。5.拆除實(shí)驗(yàn)電路,整理好實(shí)驗(yàn)器材。五、數(shù)據(jù)處理

導(dǎo)線(xiàn)的橫截面積S=

(公式)=

(代入數(shù)據(jù))=

m2。

所測(cè)金屬的電阻率ρ=

(公式)=

(代入數(shù)據(jù))=

Ω·m。

【注意事項(xiàng)】(1)因一般金屬絲電阻較小,為了減少實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)誤差,必須選擇電流表外接法。(2)本實(shí)驗(yàn)滑動(dòng)變阻器若用分壓式接法,在接通電源之前應(yīng)將滑動(dòng)變阻器調(diào)到電壓表為零的狀態(tài)。(3)測(cè)量l時(shí)應(yīng)測(cè)接入電路中的金屬絲的有效長(zhǎng)度(即兩接線(xiàn)柱之間的長(zhǎng)度);在金屬絲的3個(gè)不同位置上用螺旋測(cè)微器或游標(biāo)卡尺測(cè)量直徑d。(4)電流不宜過(guò)大(電流表用0~0.6A量程),通電時(shí)間不宜太長(zhǎng),以免電阻率因溫度升高而變化?！緦?shí)驗(yàn)誤差來(lái)源及分析】(1)直徑測(cè)量。(2)長(zhǎng)度測(cè)量。(3)電路中電流表及電壓表內(nèi)阻對(duì)電阻測(cè)量的影響。(4)通電電流大小,時(shí)間長(zhǎng)短,致使電阻絲發(fā)熱,電阻率隨之變化。

例1在做“金屬絲電阻率的測(cè)量”的實(shí)驗(yàn)時(shí),需要對(duì)金屬絲的電阻進(jìn)行測(cè)量,已知金屬絲的電阻值Rx約為20Ω。一位同學(xué)用伏安法對(duì)這個(gè)電阻的阻值進(jìn)行了比較精確的測(cè)量,這位同學(xué)想使被測(cè)電阻Rx兩端的電壓變化范圍盡可能大。他可選用的器材有:直流電源,電壓為8V;電流表A(量程0.6A,內(nèi)阻約為0.50Ω);電壓表V(量程10V,內(nèi)阻約為10kΩ);滑動(dòng)變阻器R(最大電阻值為5.0Ω);開(kāi)關(guān)一個(gè),導(dǎo)線(xiàn)若干。典例透析(1)根據(jù)上述條件,測(cè)量時(shí)電流表應(yīng)采用

。(填“外接法”或“內(nèi)接法”)

(2)在方框內(nèi)畫(huà)出實(shí)驗(yàn)電路圖。(3)若在上述實(shí)驗(yàn)中,電流表的示數(shù)為I,電壓表的示數(shù)為U,且電流表內(nèi)阻RA與電壓表內(nèi)阻RV均為已知量,用測(cè)量物理量和電表內(nèi)阻計(jì)算金屬絲電阻的表達(dá)式:Rx=

。

解析:(1)待測(cè)電阻約為20

Ω,是電流表內(nèi)阻的40倍,但電壓表內(nèi)阻是待測(cè)電阻的500倍,故電阻Rx為小電阻,采用外接法。(2)因?yàn)橐筊x兩端的電壓變化范圍盡可能的大,所以滑動(dòng)變阻器要采用分壓式,電路圖如圖所示。1:在“金屬電阻率的測(cè)量”的實(shí)驗(yàn)中,被測(cè)金屬絲的電阻大約為6Ω。先用刻度尺測(cè)出金屬絲的長(zhǎng)度l,用螺旋測(cè)微器測(cè)出金屬絲的直徑d,接著用伏安法測(cè)出金屬絲兩端的電壓U和通過(guò)金屬絲的電流I,計(jì)算出它的電阻,再根據(jù)電阻定律計(jì)算出該金屬材料的電阻率。在用伏安法測(cè)定金屬絲的電阻時(shí),除被測(cè)的電阻絲外,還有如下供選擇的實(shí)驗(yàn)器材:直流電源E,電壓為4.5V;電流表A1(量程0~0.6A,內(nèi)阻為0.125Ω);電流表A2(量程0~3A,內(nèi)阻為0.025Ω);電壓表V1(量程0~3V,內(nèi)阻為3kΩ);電壓表V2(量程0~15V,內(nèi)阻為15kΩ);課堂訓(xùn)練滑動(dòng)變阻器R1(最大阻值10Ω,允許通過(guò)的最大電流為0.2A);滑動(dòng)變阻器R2(最大阻值20Ω,允許通過(guò)的最大電流為1.0A);開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線(xiàn)等。要求有較高的測(cè)量精度,并能測(cè)得多組數(shù)據(jù)。(1)在可供選擇的器材中,應(yīng)該選用的電流表是

,應(yīng)選用的電壓表是

,應(yīng)該選用的滑動(dòng)變阻器是

。

(2)根據(jù)所選的器材,在如圖所示的虛線(xiàn)框中畫(huà)出實(shí)驗(yàn)電路圖。(3)寫(xiě)出用測(cè)得的物理量表示的計(jì)算電阻率的表達(dá)式(用字母表示):ρ=

。

解析:(1)由實(shí)驗(yàn)器材知直流電源電壓約為4.5

V,實(shí)驗(yàn)用的金屬絲電阻約為6

Ω,干路中的最大電流大約只有0.75

A,故電流表選A1,電壓表選V1,滑動(dòng)變阻器R1的最大電流0.2

A太小,影響測(cè)量的范圍,所以滑動(dòng)變阻器選R2。2：用伏安法測(cè)量某電阻Rx的阻值,現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)器材如下:A.待測(cè)電阻Rx:范圍在5~8Ω,額定電流0.45AB.電流表A1:量程0~0.6A(內(nèi)阻0.2Ω)C.電流表A2:量程0~3A(內(nèi)阻0.05Ω)D.電壓表V1:量程0~3V(內(nèi)阻3kΩ)E.電壓表V2:量程0~15V(內(nèi)阻15kΩ)F.滑動(dòng)變阻器R:0~100ΩG.直流電源,電壓為12VH.導(dǎo)線(xiàn),開(kāi)關(guān)為了較準(zhǔn)確地測(cè)量,并保證器材安全,電流表應(yīng)選

,電壓表應(yīng)選

,并畫(huà)出電路圖。

答案:A1

V1

電路見(jiàn)解析

3.在“測(cè)定金屬的電阻率”實(shí)驗(yàn)中，所用測(cè)量?jī)x器均已校準(zhǔn)．待測(cè)金屬絲接入電路部分的長(zhǎng)度約為50cm.

(1)用螺旋測(cè)微器測(cè)量金屬絲的直徑，其中某一次測(cè)量結(jié)果如圖所示，其讀數(shù)應(yīng)為_(kāi)_______mm(該值接近多次測(cè)量的平均值)．(2)用伏安法測(cè)金屬絲的電阻Rx.實(shí)驗(yàn)所用器材為電池組(電動(dòng)勢(shì)3V，內(nèi)阻約1Ω)、電流表(內(nèi)阻約0.1Ω)、電壓表(內(nèi)阻約3kΩ)、滑動(dòng)變阻器R(0～20Ω，額定電流2A)、開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線(xiàn)若干．某小組同學(xué)利用以上器材正確連接好電路，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量，記錄數(shù)據(jù)如下：由以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，他們測(cè)量Rx是采用圖中的________圖(選填“甲”或“乙”)．

次數(shù)1234567U/V0.100.300.701.001.501.702.30I/A0.0200.0600.1600.2200.3400.4600.520(3)下圖是測(cè)量Rx的實(shí)驗(yàn)器材實(shí)物圖，圖中已連接了部分導(dǎo)線(xiàn)，滑動(dòng)變阻器的滑片P置于變阻器的一端．請(qǐng)根據(jù)(2)所選的電路圖，補(bǔ)充完成圖中實(shí)物間的連線(xiàn)，并使閉合開(kāi)關(guān)的瞬間，電壓表或電流表不至于被燒壞．(4)這個(gè)小組的同學(xué)在坐標(biāo)紙上建立U、I坐標(biāo)系，如圖

所示，圖中已標(biāo)出了與測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的4個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)．請(qǐng)?jiān)趫D中標(biāo)出第2、4、6次測(cè)量數(shù)據(jù)的坐標(biāo)點(diǎn)，并描繪出U－I圖線(xiàn)．由圖線(xiàn)得到金屬絲的阻值Rx＝________Ω(保留兩位有效數(shù)字)．(5)根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以估算出金屬絲電阻率約為_(kāi)_____(填選項(xiàng)前的符號(hào))．A．1×10－2Ω·m B．1×10－3Ω·mC．1×10－6Ω·m D．1×10－8Ω·m【解析】(1)螺旋測(cè)微器的讀數(shù)為0mm＋39.8×0.01mm＝0.398mm.(2)由實(shí)驗(yàn)記錄的數(shù)據(jù)可知Rx的阻值大約為5Ω.由題知Rx?RV，故電流表?外接．若滑動(dòng)變阻器接為限流式接法，則Rx兩端的電壓最小值

，而從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知Rx兩端電壓為0.10V，因此滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓式接法．(3)如圖甲所示

甲(4)選盡可能多的點(diǎn)連成一條直線(xiàn)，不在直線(xiàn)上的點(diǎn)均勻分布在直線(xiàn)兩側(cè)，如圖所示．

4.在“決定導(dǎo)線(xiàn)電阻的因素”的實(shí)驗(yàn)中測(cè)定金屬的電阻率,若待測(cè)金屬絲的電阻約為5Ω,要求測(cè)量結(jié)果盡量準(zhǔn)確,提供以下器材:A.電池組(3V,內(nèi)阻為1Ω)B.電流表(0~3A,內(nèi)阻為0.0125Ω)C.電流表(0~0.6A,內(nèi)阻為0.125Ω)D.電壓表(0~3V,內(nèi)阻為4kΩ)E.電壓表(0~15V,內(nèi)阻為15kΩ)F.滑動(dòng)變阻器(0~20Ω,允許通過(guò)的最大電流為1A)G.滑動(dòng)變阻器(0~2000Ω,允許通過(guò)的最大電流為0.3A)H.開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線(xiàn)若干(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)從上述器材中選用

(選填儀器前的字母代號(hào))。

(2)測(cè)電阻時(shí),電流表、電壓表、待測(cè)金屬絲Rx在組成測(cè)量電路時(shí),應(yīng)采用電流表

(選填“外”或“內(nèi)”)接法,待測(cè)金屬