高中物理鲁科版 (2019)必修 第三册科学测量:金属丝的电阻率教学ppt课件

这是一份高中物理鲁科版 (2019)必修 第三册科学测量:金属丝的电阻率教学ppt课件，共73页。
实验准备——原理、器材和装置
一、实验装置器材:电源、待测金属丝、电流表、电压表、滑动变阻器、开关、导线若干。
三、电流表外接法与内接法的比较
实验操作——过程、细节和反思
一、实验步骤1.测直径:用螺旋测微器多次测量金属丝的直径d,并记录。2.测长度:将金属丝两端固定在接线柱上,使其拉直,用刻度尺多次测量接入电路部分的金属丝的长度l(即有效长度),并记录。3.连器材:依照如图所示的电路图连接电路,并将滑动变阻器的滑片置于阻值最大端。
4.测数据:电路经检查无误后,闭合开关S,改变滑片位置,测出若干组电流、电压值,填入表格内,断开开关S。5.整理器材:整理好实验器材,实验结束。
二、数据处理1.测量金属丝的长度和直径,填写表格,计算出金属丝的长度l和直径d的平均值。
2.把记录的I、U值,填入表格,计算出金属丝的电阻值R。
三、误差分析1.直径和长度的测量造成偶然误差,应采取多次测量取平均值的方法减小误差。2.电压表、电流表读数造成偶然误差,读数时视线垂直于表盘可减小误差。3.测量电路中电压表、电流表的接法对金属丝电阻测量造成系统误差。由于电路采用电流表外接法,造成电阻的测量值偏小。4.通过电流过大,时间过长,使金属丝发热导致电阻率变大而引起误差。
1.本实验中,金属丝的长度用刻度尺测量,而直径用螺旋测微器测量,这样做的依据是什么?提示:两种测量工具的量程和精度不同。2.通常情况下,测量金属丝的电阻采用电流表外接法,这样做的道理是什么?提示:金属丝的电阻很小,比电压表的内阻小很多,采用电流表外接法测量误差较小。
3.在测量金属丝的电阻时,流过金属丝的电流不宜过大,通电时间也不宜过长,为什么需要这样操作呢?提示:以免金属丝温度明显升高,使电阻率在实验过程中逐渐变大。
实验考法——基础、变通和创新
[例1]　现在要测量一段电阻丝的电阻率ρ,其阻值Rx约为0.5 Ω,允许通过的最大电流为0.5 A。现有如下器材可供选择:电流表A(量程0~0.6 A,内阻约为0.6 Ω)电压表V(量程0~3 V,内阻约为3 kΩ)待测电阻丝Rx(阻值约为0.5 Ω)
考法(一)　实验基本操作
标准电阻R0(阻值为5 Ω)滑动变阻器R1(0~5 Ω,2 A)滑动变阻器R2(0~200 Ω,1.5 A)直流电源E(电动势为6 V,内阻不计)开关S、导线若干
(1)如图为四位同学分别设计的测量电路的一部分,你认为合理的是　　。 
(2)实验中滑动变阻器应该选择　　　(选填“R1”或“R2”),并采用　　　接法。 [解析]　若采用限流接法,选择R1时,电路中电流最小值约为0.5 A;选择R2时,调控范围小,操作不便;而电源内阻不计,不用考虑大电流时电源电动势的变化,因而采用分压接法,为了便于调节,选总阻值较小的R1。
(3)根据你在(1)(2)中的选择,在图甲上完成实验电路的连接。
[解析]　实物连线如图所示。
(5)用螺旋测微器测量待测电阻丝的直径时读数如图乙所示,则该电阻丝的直径D=　 　　 　mm。 [解析]　螺旋测微器的读数为1 mm+0.01×20.5 mm=1.205 mm。
1.205(1.203~1.207均可)
[微点拨]滑动变阻器的限流式和分压式接法的比较
[例2]　在“测定金属丝的电阻率”的实验中,某同学进行了如下测量:(1)用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属丝的有效长度,测量3次,求出其平均值l。其中一次测量结果如图甲所示,金属丝的另一端与刻度尺的零刻度线对齐,图中读数为　 　 　cm,用螺旋测微器测量金属丝的直径,选不同的位置测量3次,求出其平均值d,其中一次测量结果如图乙所示,图中读数为　　　　mm。 
考法(二)　数据处理和误差分析
24.15(24.13~24.17均可)
[解析]　刻度尺的最小分度值是1 mm,故金属丝的测量长度为24.15 cm。螺旋测微器中主尺半毫米刻度线已露出,故金属丝的直径为0.520 mm。
(2)采用如图丙所示的电路测量金属丝AB的电阻,调节滑动变阻器,若其中一次两电表读数分别如图中丁、戊所示,则金属丝AB电阻的测量值大小为　　　　 　Ω(结果保留一位小数),根据所连接的电路可知,该电阻的测量值比真实值　　　(选填“偏大”或“偏小”)。 
13.6(13.5~13.7均可)
[微点拨](1)用毫米刻度尺测量长度,需要进行估测,可以通过多次测量求平均值的方法减小误差。(2)分析实验设计的电路,电流表采用外接法,电流表的测量值大于真实值,电阻的测量值偏小。(3)计算实验结果时要注意有效数字的要求。
考法(三)　源于经典实验的创新考查
[例3]　(2024·山东高考)某学习小组对两种型号铅笔芯的电阻率进行测量。实验器材如下：学生电源(输出电压0～16 V)滑动变阻器(最大阻值10 Ω，额定电流2 A)；电压表V(量程3 V，内阻未知)；电流表A(量程3 A，内阻未知)；待测铅笔芯R(X型号、Y型号)；游标卡尺，螺旋测微器，开关S，单刀双掷开关K，导线若干。
回答以下问题：(1)使用螺旋测微器测量铅笔芯直径，某次测量结果如图甲所示，该读数为________ mm；[解析]　根据螺旋测微器的读数规则可知，其读数为d＝2 mm＋45.0×0.01 mm＝2.450 mm。
(2)把待测铅笔芯接入图乙所示电路，闭合开关S后，将滑动变阻器滑片由最右端向左调节到合适位置，将单刀双掷开关K分别掷到1、2端，观察到电压表示数变化比电流表示数变化更明显，则测量铅笔芯电阻时应将K掷到________(填“1”或“2”)端；[解析]　由于电压表示数变化更明显，说明电流表分压较多，因此电流表应采用外接法，即测量铅笔芯电阻时应将K掷到1端。
(3)正确连接电路，得到Y型号铅笔芯I­U图像如图丙所示，求得电阻RY＝______________________Ω(保留3位有效数字)；采用同样方法得到X型号铅笔芯的电阻为1.70 Ω；
1.92(1.90～1.94均可)
(4)使用游标卡尺测得X、Y型号铅笔芯的长度分别为40.68 mm、60.78 mm，使用螺旋测微器测得X、Y型号铅笔芯直径近似相等，则X型号铅笔芯的电阻率________(填“大于”或“小于”)Y型号铅笔芯的电阻率。
[创新分析](1)测量铅笔芯的电阻率。(2)用伏安法测量铅笔芯的电阻。
[例4]　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; 
[解析]　由20分度游标卡尺读数方法可得该电阻丝直径d=2 mm+17×0.05 mm=2.85 mm=0.285 cm。
(5)将5次测量的数据记录在下表。
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ρ=　 　　 Ω·m。 
[创新分析]利用金属丝的R-L图线分析实验数据,得出金属丝的电阻率大小。
训练评价——巩固、迁移和发展
1.在“导体电阻率的测量”实验中,(1)根据如图1所示的电路图,实物连线图(图2)中的导线a端应与　　　　_____(选填“b”“c”或“d”)接线柱连接; 
解析:根据电路图连接实物图,a端应该与c接线柱连接。
(2)下列操作正确的是　　　　; A.连接电路时,开关处于断开状态B.闭合开关前,滑动变阻器滑片调到最右端C.完成电流表和电压表读数后,及时断开开关解析:为了电路的安全,连接电路时,开关应处于断开状态,A正确;闭合开关前,滑动变阻器的滑片应该调到最左端,使与滑动变阻器并联部分的电压最小,B错误;完成电流表和电压表读数后,及时断开开关,以免烧毁元件,C正确。
(3)某次实验中电压表的指针位置如图3所示,则读数为___________ _____________V; 解析:根据指针所指位置和电压表的读数方法,电压表读数为2.42 V。
2.42(2.41 ~
2.在测量金属丝的电阻率实验中, (1)用螺旋测微器测金属丝的直径,读数如图,则该金属丝直径为_______________________mm。 解析:金属丝直径为d=1 mm+47.2×0.01 mm=1.472 mm。
1.472(1.471~1.473均可)
(2)为测量金属丝电阻,实验室提供了以下器材:电源:E=6 V,内阻不计电压表V:量程为3 V,内阻RV=3.0 kΩ电流表A:量程为0.6 A,内阻RA=1.0 Ω滑动变阻器R:最大阻值约15 Ω开关,导线若干
该同学先采用下图A电路进行测量:
①该同学将滑动变阻器滑片滑到某一位置时,电压表示数为0.92 V,电流表示数为0.56 A。该同学认为电压表示数偏小,会对实验结果造成较大误差;于是又找到了两个电阻,分别是R1=6.0 kΩ,R2=0.5 Ω,该同学应该选择电路　　　　(填B或C)进行测量。 ②按正确电路图连接好电路,滑片滑到某一位置时,两表示数分别为2.70 V、0.52 A,则待测金属丝的阻值为　　 Ω(保留3位有效数字) 
3.导电胶具有粘合和导电功能,在医疗辅助中有广泛应用。某研究性学习小组为探究某种导电胶材料的电阻率,把导电胶装入玻璃管中,导电胶两端通过电阻不计的金属片与导线相连,如图甲所示。
(1)在装入导电胶之前,先用游标卡尺测量玻璃管的内径,如图乙所示,应该用游标卡尺的　　　　(选填“A”“B”或“C”)进行测量,该玻璃管内径为　　　 cm。 
解析:在装入导电胶之前,先用游标卡尺测量玻璃管的内径,应该用游标卡尺的B测量爪进行测量。该玻璃管内径为d=22 mm+5×0.1 mm=22.5 mm=2.25 cm。
(2)用多用电表粗略测得该导电胶电阻约为30 Ω,为精确测量其电阻,现有3.0 V的干电池组、开关和若干导线及以下器材:A.电压表0~3 V,内阻约为3 kΩB.电流表0~2 mA,内阻Rg=50 ΩC.定值电阻1 ΩD.定值电阻10 ΩE.滑动变阻器0~10 Ω
①由于电流表量程偏小,需要对电流表进行合理改装,改装时应选 _______(填器材前面的序号)作为分流电阻R0。 ②将图丙中所示的器材符号连线,画出实验电路原理图,要求电压和电流的测量范围尽可能大。③测出电压表读数U、电流表读数I、导电胶的直径d和两金属电极间的距离L,则该导电胶的电阻率ρ=　　 　　。 
②由于改装后的电流表内阻已知,直接与导电胶串联,电压表测量他们的总电压,由于滑动变阻器最大阻值较小,应采用分压式接法,电路如图所示。
4.(2024·江西高考)某小组欲设计一种电热水器防触电装置,其原理是:当电热管漏电时,利用自来水自身的电阻,可使漏电电流降至人体安全电流以下。为此,需先测量水的电阻率,再进行合理设计。(1)如图(a)所示,在绝缘长方体容器左右两侧安装可移动的薄金属板电极,将自来水倒入其中,测得水的截面宽d=0.07 m和高h=0.03 m。
(2)现有实验器材:电流表(量程300 μA,内阻RA =2 500 Ω)、电压表(量程3 V或15 V,内阻未知)、直流电源(3 V)、滑动变阻器、开关和导线。请在图(a)中画线完成电路实物连接。
解析:由于电流表内阻已知,则电流表的分压可以求出,故电流表采用内接法,又电源电动势为3 V,则电压表应选择量程3 V接入电路,电路连接如图所示。
(3)连接好电路,测量26 ℃的水在不同长度l时的电阻值Rx。将水温升到65 ℃,重复测量。绘出26 ℃和65 ℃水的Rx-l图线,分别如图(b)中甲、乙所示。