粤教版 (2019)测量金属丝的电阻率导学案及答案

这是一份粤教版 (2019)测量金属丝的电阻率导学案及答案，共4页。学案主要包含了实验目的，实验原理，实验器材，实验步骤，数据处理，误差分析，注意事项等内容，欢迎下载使用。
【实验目的】
1.掌握螺旋测微器、游标卡尺的原理及读数方法,会正确使用.
2.练习使用电流表、电压表及伏安法测电阻.
3.测定金属丝的电阻率.
【实验原理】
1.把金属丝接入电路中,用伏安法测金属丝的电阻R(R=UI),电路原理图如图所示.
2.用毫米刻度尺测出金属丝的长度l,用螺旋测微器测出金属丝的直径d,算出横截面积SS=πd24.
3.由电阻定律R=ρlS,得ρ=RSl=πd2R4l=πd2U4lI,求出电阻率.
【实验器材】
螺旋测微器、毫米刻度尺、电压表、电流表、开关及导线、待测金属丝、电源(学生电源)、滑动变阻器.
【实验步骤】
1.测直径:用螺旋测微器在待测金属丝上三个不同位置各测一次直径,并记录.
2.连电路:按实验原理中的电路图连接实验电路.
3.量长度:用毫米刻度尺测量接入电路中的待测金属丝的有效长度,重复测量3次,并记录.
4.求电阻:把滑动变阻器的滑动触头调节到使接入电路中的电阻值最大的位置,电路经检查确认无误后,闭合开关S.改变滑动变阻器滑动触头的位置,读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值,记入表格内,断开开关S.
5.拆除实验电路,整理好实验器材.
【数据处理】
1.金属丝直径的测量
(1)特别注意半毫米刻度线是否露出.
(2)因螺旋测微器的精确度为0.01 mm,可调刻度上对齐的格数需要估读,所以,若以毫米为单位的话,最后一位应出现在小数点后的第三位上.
(3)把三个不同位置的测量结果求平均值作为直径d.
2.金属丝长度的测量
(1)应测量接入电路中的有效长度.(也要估读)
(2)把3次测量结果求平均值作为长度l.
3.电阻R的测量
(1)平均值法:可以用每次测量的U、I分别计算出电阻,再求出电阻的平均值,作为测量结果.
(2)图像法:可建立U-I坐标系,将测量的对应U、I值描点作出图像,利用图像斜率来求出电阻值R.
4.电阻率的计算
将测得的R、l、d的值,代入电阻率计算公式ρ=RSl=πd2R4l中,计算出金属导线的电阻率.
【误差分析】
1.金属丝直径、长度的测量带来偶然误差.
2.通电时间过长,电流过大,都会导致电阻率发生变化(系统误差).
【注意事项】
1.为了方便,应在金属导线连入电路前测导线直径,为了准确,应测量拉直悬空的连入电路的导线的有效长度,且各测量三次,取平均值.
2.测量电路应选用电流表外接法,且测电阻时,电流不宜过大,通电时间不宜太长,因为电阻率随温度而改变.
3.为准确求出R的平均值,应多测几组U、I数值,然后采用U-I图像法求出电阻.
4.滑动变阻器用限流式接法就可以满足该实验的要求.
例1 [2024·东莞期末] 在“测定金属丝的电阻率”的实验中:
(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径,其示数如图甲所示,则该金属丝直径的测量值d= mm.
(2)按如图乙所示的电路图测量金属丝的电阻Rx(阻值约为15 Ω).实验中除开关、若干导线之外还提供下列器材:
电压表V(量程0~3 V,内阻约3 kΩ);
电流表A1(量程0~200 mA,内阻约3 Ω);
电流表A2(量程0~0.6 A,内阻约0.1 Ω);
滑动变阻器R1(0~50 Ω);
滑动变阻器R2(0~200 Ω);
电源(输出电压为3 V).
为了调节方便,测量准确,实验中电流表应选 ,滑动变阻器应选 .(选填器材的名称符号)
(3)请根据图乙所示电路图,用笔画线代替导线,将图丙中的实验器材连线补充完整,并使滑动变阻器的滑片P置于b端时接通电路后的电流最小.
(4)若通过测量可知,金属丝的有效长度为l,直径为d,通过金属丝的电流为I,金属丝两端的电压为U,由此可计算得出金属丝的电阻率ρ= .(用题目所给字母和通用数学符号表示)

1.(实验操作)(多选)在“测定金属丝的电阻率”的实验中,以下操作中错误的是( )
A.用毫米刻度尺测量金属丝的全长,且测量三次,算出其平均值,然后再将金属丝接入电路中
B.用螺旋测微器在金属丝三个不同部位各测量一次直径,算出其平均值
C.用伏安法测电阻时采用电流表内接法,多次测量后算出平均值
D.实验中应保持金属丝的温度不变
2.(实验原理和误差分析)[2024·广州期末] 某同学在测定一根截面为圆形的废旧电热丝的电阻实验中:
(1)首先用螺旋测微器测量该电热丝的直径D,其中某一次测量结果如图甲所示,其读数应为 mm.
(2)接着将电热丝接入图乙所示的电路,用毫米刻度尺测出电热丝接入电路的长度L,实验中读出电流表A和电压表V的读数I和U,则待测电热丝的电阻率ρ= (用I、U、L、D表示).
(3)实验中采用电流表外接法将导致测得的电阻率与真实值比较 (选填“准确” “偏大”或“偏小”).
第三节 测量金属丝的电阻率
第2课时 实验:用伏安法测定金属丝的电阻率
例1 (1)0.283 (2)A1 R1 (3)如图所示 (4)πUd24Il
[解析] (1)螺旋测微器的精确度为0.01 mm,由题图甲可知金属丝直径为d=0+28.3×0.01 mm=0.283 mm
(2)由于通过待测金属丝的最大电流约为Imax=URx=0.2 A,所以电流表应选A1;当电流表电流为满偏电流的13时,根据欧姆定律可求出电路中的电阻为Rmax=EIA3=45 Ω,此时滑动变阻器需要的阻值约为R滑=30 Ω,所以为调节方便,滑动变阻器应选R1.
(4)根据欧姆定律有R=UI,又R=ρlS,S=πd24,可得ρ=πUd24Il.
随堂巩固
1.AC [解析] 实验中应测量出金属丝接入电路中的长度,而不是全长,故A错误;金属丝的电阻很小,与电压表内阻相差很大,使金属丝与电压表并联,电压表分流作用很小,应采用电流表外接法,故C错误.
2.(1)0.750(0.748~0.752均可) (2)πUD24IL (3)偏小
[解析] (1)螺旋测微器读数是固定刻度读数(0.5 mm的整数倍)加可动刻度读数(0.5 mm以下的小数),图中读数为D=0.5 mm+25.0×0.01 mm=0.750 mm
(2)由电阻定律和欧姆定律得R=UI=ρLπD22,解得ρ=πUD24IL.
(3)电流表外接,由于电压表分流,电流表示数大于待测电阻实际电流,所以测量值偏小.