物理人教版 (2019)第十一章 电路及其应用3 实验：导体电阻率的测量评课ppt课件

这是一份物理人教版 (2019)第十一章 电路及其应用3 实验：导体电阻率的测量评课ppt课件，共30页。PPT课件主要包含了物理量的测量，有效长度，3测量电阻大小R，伏安法测电阻，伏安法测电阻的接法，电流表在内，电压表示数，电流表示数，电流表在外，外接法的选择等内容，欢迎下载使用。

任务：金属丝电阻率的测量
：测量金属丝的横截面积。
测量金属丝接入电路的有效长度
横截面积不可直接测量，转换为测量金属丝的直径d
设置相关电路，测得通过金属丝的电压与电流
综上：直接测得长度为l；电阻为R；由测直径d，可知 ，得横截面积 ，故电阻率最终表达式为：
实验2：金属丝电阻率的测量
（1）测量金属丝的长度l
测量工具：毫米刻度尺（电阻丝总长度有几十厘米，可选用毫米刻度尺）；分度值1mm，可读到0.1mm测量思路：测量接入电路的电阻丝有效长度，多测几次求取平均值。
（2）测量金属丝的横截面积
测量思路：测量金属丝的直径d，利用面积公式，间接得出金属丝的横截面积。测量方法：①选刻度尺，利用累积法测直径；②选螺旋测微器或游标卡尺直接测量直径，在电阻丝的不同位置测量3次，求得直径的平均值
为方便测量与减小误差，采用螺旋测微器进行金属丝直径的测量分度值为0.01mm，可读至0.001mm
测量思路：利用电阻的定义式，连接电路，测出金属丝所通过电流和电压的大小测量方法：伏安法（安安法；伏伏法等皆可）
伏安法：用电压表测出电阻两端的电压U，用电流表测出通过电阻的电流I，利用部分电路欧姆定律可以算出电阻的阻值R
常见的电流表、电压表接法
①内接法：电流表接在电压表两接线柱内侧，通常叫“内接法”
内接法误差分析：误差来源于电流表的分压。
思考：在此接法的基础上如何减小误差？
电流表分压越小，则误差越小。即在测量电阻一定的情况下，同量程的电流表的自身电阻越小越好。
在设置电路时可知，该电路适合测较大的电阻，即R>>RA（且测量数据比真实数据大。）
②外接法：电流表接在电压表两接线柱外侧，通常叫“外接法”
外接法误差分析：误差来源于电压表的分流。
电压表分流越小，则误差越小。即在测量电阻一定的情况下，同量程的电压表的自身电阻越大越好。
在设置电路时可知，该电路适合测较小的电阻，即R<内接法、外接法都存在一定的误差一般记为“内大外小”（内接法测量大电阻，测值偏大；外接法测量小电阻，测值偏小）
思考：除了通过计算相对误差的方式来判断连接方式，我们还能如何迅速选择电路是内接还是外接？
①临界值法：从“内大外小”的角度而言，测大电阻用内接法，测小电阻用外接法。电阻的大小分界值则为临界值临界电阻为当RX>R0时，测量电阻RX为大电阻，采用内接法。当RX②试触法：按内外接的方式依次连接，观察电流表、电压表示数变化情况。
若电压表示数有明显变化，则说明电流表的分压作用明显。此时适用外接法，外接法误差更小。若电流表示数有明显变化，则说明电压表的分流作用明显。此时适用内接法，内接法误差更小。
③已知内阻法：适用于电流表（或电压表）准确值已知的情况
当电压表的内阻准确值已知，电流表内阻未知，采用外接法，无系统误差。当电流表的内阻准确值已知，电压表内阻未知，采用内接法，无系统误差。当两电表的内阻准确值均已知，内、外接法均可，都无系统误差。
例1、在伏安法测电阻的实验中，待测电阻Rx约为200Ω，电压表Ⓥ的内阻约为2kΩ，电流表Ⓐ的内阻约为10Ω，测量电路中电流表的连接方式如图（a）或图（b）所示，计算结果由计算得出，式中U与I分别为电压表和电流表的读数；若将图（a）和图（b）中电路测得的电阻值分别记为Rx1和Rx2，则_______更接近待测电阻的真实值，且测量值Rx1________（填“大于”、“等于”或“小于”）真实值，测量值Rx2_________ （填“大于”、“等于”或“小于”）真实值。
例2、测量金属丝电阻Rx的电路图如图2所示，闭合开关S，先后将电压表右侧接线端P接a、b点时，电压表和电流表示数如下表所示。该学生认真观察到两次测量中，电流表的读数几乎未变，发生这种现象的原因是_______________________________________________。比较合理且较准确的金属丝电阻Rx测=_____(保留两位有效数字)，从系统误差角度分析，Rx的测量值Rx测与其真实值比较，Rx测_____Rx真．(填“＜”、“=”或“＞”)。
 电压表内阻远大于金属丝电阻，电压表分流几乎为零
测量未知电阻时，需重复试验，取同一电阻的多组电压和电流值。若分别当同一电阻接入不同的电源电压测量则比较麻烦。此时可接入滑动变阻器，起到在同一电路中，可以直接改变测量电阻的电流或电压的大小的作用，达到测多组数据的实验效果。
思考：滑动变阻器该如何接入电路？
目的：调节滑动变阻器使得电阻有多组U、I数据
①限流式（滑动变阻器与测量电阻串联）
限流式：滑动变阻器主要作用为限制电流在此电路中，滑动变阻器通过改变自身接入电路的阻值，进而影响电路的总电流。从而达到改变测量电阻电流和电压的目的，得到多组数据。
RAP为滑变接入电路电阻RBP为滑变未接入电路电阻
思考：滑片P在移动过程中，待测电阻RX的电压和电流该如何变化？
当滑片P处于A端：滑变接入阻值RP=0;待测电阻所分电压最大，为电源电压U0；待测电阻的电流
当滑片P处于B端：滑变接入阻值RP=Rmax；待测阻值所分电压最小，为 ；待测电阻的电流
②分压式（滑动变阻器一部分与测量电阻并联之后，再与另一部分滑变剩余电阻串联）
分压式：滑动变阻器的主要作用为分压此电路中，滑变通过改变自身与并联电路串联部分的电阻，达到改变待测电阻分得电压从而达到改变测量电阻电流和电压的目的，得到多组数据。
当滑片P处于A端：滑变全部阻值Rmax与Rx并联(RAP=0；RBP=Rmax与Rx并联)待测电阻所分电压最大，为电源电压U0；待测电阻的电流
当滑片P处于B端：滑变接入全部阻值Rmax，此时Rx被短路(RAP=Rmax;RBP=0与Rx并联)待测阻值所分电压最小，为0；待测电阻的电流为0
滑动变阻器的接法的选择
在实际电路的选择中，我们遵循以下原则：（1）当限流式接法无法满足实验要求时，我们选择分压式接法。（如：采用限流式接法时，滑变调到最大值，待测电阻的电流（电压）超过了其额定电流（电压）；或超过电流表（电压表的量程时））（2）当待测电阻比滑变最大值大得多时，我们选用分压式接法。（因为在待测电阻比滑变最大值大得多的时候，调节滑动变阻器的阻值，待测电阻上的电压或电流变化范围不够大）（3）若电压要求从0 开始调节，我们只能选用分压式接法。（4）若两种接法都满足的情况下，我们选用较为节能的限流式接法。
限流式电路的特点：①电压不能从零开始调节，调节范围较小，但电路结构较为简单。②电能损耗较小。分压式电路的特点：①电压可以从零开始调节，调节范围较大。 但电路结构较为复杂。②电能损耗较大。
由于电阻丝的电阻较小，我们做实验时，选择外接法；不要求电压从0开始调节，选择耗能较低的限流法。
(1)用_____________在不同位置多次测量金属丝的直径，算出其平均值。(2)把金属丝两端固定在接线柱上使其拉直，用_______多次测量接入电路部分的金属丝的长度，算出其平均值。(3)按设计的电路图连接电路，并将滑动变阻器的滑片置于阻值最大端。(4)闭合开关，改变滑片位置，测出若干组电流、电压值，填入设计的表格中。(5)测量结束后打开开关，拆除电路，整理实验器材。
在求Rx的值时可用两种方法
（1）金属丝的电阻值较小，实验电路一般采用电流表外接法。
（2）测量金属丝的有效长度，是指测量金属丝接入电路的两个端点之间的长度，即电压表两端点间的金属丝长度，测量时应将金属丝拉直，反复测量三次，求其平均值。
（3）测金属丝直径一定要选三个不同部位进行测量，求其平均值。
（4）闭合开关S之前，一定要使滑动变阻器的滑片处在接入电路的电阻值最大的位置。
（5）在用伏安法测电阻时，通过金属丝的电流I不宜过大(电流表用0.6 A量程)，通电时间不宜过长，以免金属丝的温度明显升高，造成其电阻率在实验过程中逐渐增大。
[例] 在“测定金属的电阻率”的实验中，所用金属电阻丝的电阻约为30 Ω。现通过以下实验测量该金属材料的电阻率。
(1)用螺旋测微器测量电阻丝直径，其示数如图甲所示，则该电阻丝直径的测量值d＝________ mm。
(1)螺旋测微器的固定刻度的读数为0，可动刻度的刻度为18.3×0.01 mm＝0.183 mm。所以螺旋测微器的读数为0.183 mm。
(2)实验中能提供的器材有开关、若干导线及下列器材：电压表V1(量程0～3 V，内阻约3 kΩ)；电压表V2(量程0～15 V，内阻约15 kΩ)；电流表A1(量程0～100 mA，内阻约5 Ω)；电流表A2(量程0～0.6 A，内阻约0.1 Ω)；滑动变阻器R1(0～10 Ω)；滑动变阻器R2(0～1 kΩ)；电源E(电压为4.5 V)。为了便于调节电路并能较准确地测出电阻丝的阻值，电压表应选________，电流表应选________，滑动变阻器应选________。