鲁科版 (2019)必修 第三册第6节 科学测量:金属丝的电阻率教课课件ppt

这是一份鲁科版 (2019)必修 第三册第6节 科学测量:金属丝的电阻率教课课件ppt，共54页。PPT课件主要包含了内容索引，课前篇自主预习，课堂篇探究学习，学习目标，思维导图，实验原理，知识归纳等内容，欢迎下载使用。

1.掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法。(物理观念)2.学会利用伏安法测电阻,进一步测出金属丝的电阻率。(科学探究)
【必备知识】一、伏安法测电阻二、测量金属丝的电阻率1.实验目的(1)测量金属丝的电阻率。(2)学习伏安法测电阻的方法。2.实验器材刻度尺、螺旋测微器、学生电源、滑动变阻器、电压表、电流表、开关、金属丝、导线。
(1)由于金属丝的电阻较小,选择电流表外接法;由于不要求电压必须从0开始调节,所以一般可以选择滑动变阻器限流式接法。方框内为实验电路原理图。(2)用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
4.实验步骤(1)用螺旋测微器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,用刻度尺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。
【自我检测】1.正误判断,判断结果为错误的小题请说明原因。(1)用伏安法测金属丝的电阻时,可采用电流表内接法。(　　)解析 用伏安法测金属丝电阻时,因金属丝电阻较小,应采用电流表外接法。答案 ×(2)实验中应调节滑动变阻器,取得多组U和I的值,然后求出电阻平均值。(　　)答案 √
(3)应选用毫米刻度尺测整根金属丝的长度三次,然后求出长度平均值。(　　)解析 计算电阻率公式中的l应为接入电路中的长度,并不是整根金属丝的长度。答案 ×(4)实验中电流不得太大,以免电阻率发生变化。(　　)答案 √
2.某次测量康铜丝的直径时螺旋测微器的示数如图甲所示,可知此次测得康铜丝的直径为　　　　　mm。乙图是测量康铜丝电阻的原理图,利用该电路图测出的电阻值比真实值　　　　　(选填“偏大”或“偏小”)。 
解析 螺旋测微器的固定刻度读数为1.5 mm,可动刻度读数为0.01×38.2 mm=0.382 mm,所以金属丝的直径为1.5 mm+0.382 mm=1.882 mm。乙图中电流表是外接法,电压值是真实的,由于电压表的分流,电流偏大,根据 可知,测量的电阻偏小。答案 1.882(1.881~1.885均正确)　偏小
【实例引导】例1在伏安法测电阻的实验中,待测电阻Rx约为200 Ω,电压表V的内阻约为 2 kΩ,电流表A的内阻约为10 Ω,测
量电路中电流表的连接方式如图甲或图乙所示。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。若将图甲和图乙中电路测得的电阻值分别记为Rx1和Rx2,则　　　　　(选填“Rx1”或“Rx2”)更接近待测电阻的真实值,且测量值Rx1　　　　　(选填“大于”“等于”或“小于”)真实值,测量值Rx2　　　　　(选填“大于”“等于”或“小于”)真实值。 
答案 Rx1　大于　小于
规律方法 选择电流表内、外接的常用方法(1)直接比较法:适用于Rx、RA、RV的大小大致可以估计的情况,当Rx≫RA时,采用内接法,当Rx≪RV时,采用外接法,即大电阻用内接法,小电阻用外接法,可记忆为“大内小外”。(2)公式计算法
(3)试触法:适用于Rx、RV、RA的阻值关系都不能确定的情况。如图所示,把电压表的可动接线端分别试接b、c两点,观察两电表的示数变化,若电流表的示数变化明显,说明电压表的分流作用对电路影响大,应选用内接法;若电压表的示数有明显变化,说明电流表的分压作用对电路影响大,应选用外接法。
变式训练1(多选)在“用伏安法测电阻”的实验中,测量电路中电表的连接方式如图甲或乙所示,把电压表读数和电流表读数的比值作为电阻的测量值,考虑到实际电表内阻对测量的影响,两种连接方式都存在系统误差。下列判断正确的是(　　)
A.若采用甲图,误差是由电压表分流引起的B.若采用甲图,误差是由电流表分压引起的C.若采用乙图,电阻的测量值大于真实值D.若采用乙图,电阻的测量值小于真实值
解析 若采用甲图,电流表测得的是通过电阻Rx的真实电流,但电压表测得的是电阻Rx和电流表两端的总电压,因此误差是由电流表分压引起的,故A错误,B正确;若采用乙图,电压表测得的是电阻Rx的两端的真实电压,但电流表测得的是通过电阻Rx和电压表的总电流,因此误差是由电压表分流引起的,由 可知,电阻的测量值小于真实值,故C错误,D正确。答案 BD
【知识归纳】1.两种接法的特点(1)限流式接法耗能低,但电压调节范围小;(2)分压式接法电压调节范围大,并且可从零开始变化。使用分压式接法的三种情况:①实验要求测量数据从零开始连续变化;②用限流接法时,所给的某些仪器总是超量程;③给的滑动变限器阻值较小,用限流式接法起不到限流作用。
2.滑动变阻器的两种接法及其应用
【实例引导】例2如图所示,滑动变阻器R1的最大阻值是200 Ω,R2=300 Ω,A、B两端电压UAB=8 V。(1)当S断开时,移动滑片P,R2两端可获得的电压变化范围是多少?(2)当S闭合时,移动滑片P,R2两端可获得的电压变化范围是多少?
解析 (1)S断开时,滑动变阻器R1为限流式接法,R1的下部不接入电路中,当滑片P在最上端时,R1接入电路的电阻为零,因此R2获得的最大电压等于8 V,当滑片P在最下端时,R1与R2串联,此时R2两端的电压最小, =4.8 V,所以R2两端的电压变化范围为4.8~8 V。(2)当S闭合时,滑动变阻器R1为分压式接法,当滑片在最下端时,R2两端电压为0,当滑片在最上端时,R2两端的电压最大,为8 V,所以R2两端的电压变化范围为0~8 V。答案 (1)4.8~8 V　(2)0~8 V
规律方法 1.滑动变阻器接入电路时,金属杆的两个端点不能同时接入电路,否则电流将从金属杆流过而将滑动变阻器短路。2.限流式接法电压调节范围较小,而分压式接法电压调节范围较大(电压最小值从0开始),在具体应用中要根据题目要求合理选择。
变式训练2(多选)滑动变阻器的原理如图所示,则下列说法中正确的是(　　)A.若将a、c两端连在电路中,则当滑片OP向右滑动时,变阻器接入电路中的阻值增大B.若将a、d两端连在电路中,则当滑片OP向右滑动时,变阻器接入电路中的阻值减小C.将滑动变阻器以限流式接法接入电路时,必须连入三个接线柱D.将滑动变阻器以分压式接法接入电路时,必须连入三个接线柱
解析 若将a、c两端连在电路中,aP部分将连入电路,则当滑片OP向右滑动时,aP部分的导线长度变长,变阻器接入电路中的阻值将增大,A正确;若将a、d两端连在电路中,也是aP部分将连入电路,则当滑片OP向右滑动时,aP部分的导线长度变长,变阻器接入电路中的阻值将增大,B错误;A、B两个选项中均为限流式接法,可见在限流式接法中,a、b两个接线柱中任意选一个,c、d两个接线柱中任意选一个,接入电路即可,C错误;在滑动变阻器的分压式接法中,a、b两个接线柱必须接入电路,c、d两个接线柱中任意选一个,接入电路即可,D正确。答案 AD
【知识归纳】1.数据分析将测量的数据记入设计的表格中,并计算出金属丝的阻值、横截面积和长度,将以上计算出的数据代入 ,求出电阻率。
2.注意事项(1)因一般金属丝电阻较小,为了减小实验的系统误差,必须选择电流表外接法。(2)本实验若用限流式接法,在接通电源之前应将滑动变阻器调到阻值最大状态。(3)测量l时应测接入电路中的金属丝的有效长度(即两接线柱之间的长度);在金属丝的3个不同位置上用螺旋测微器测量直径d。(4)电流不宜过大(电流表尽量用0~0.6 A量程),通电时间不宜太长,以免电阻率因温度升高而变化。
【实例引导】例3在“测定金属的电阻率”实验中,所用测量仪器均已校准。待测金属丝接入电路部分的长度约为50.0 cm。(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径,其中某一次测量结果如图所示,其读数应为　　　　　mm(该值接近多次测量的平均值)。 
(2)用伏安法测金属丝的电阻Rx。实验所用器材为电池组(提供电压为3 V)、电流表(内阻约0.1 Ω)、电压表(内阻约3 kΩ)、滑动变阻器R(0~20 Ω,额定电流2 A)、开关、导线若干。某小组同学利用以上器材正确连接好电路,进行实验测量,记录数据如下:
由以上实验数据可知,他们测量Rx是采用下图中的　　　　　图(选填“甲”或“乙”)。 
(3)如图所示是测量Rx的实验器材实物图,图中已连接了部分导线,滑动变阻器的滑片P置于变阻器的一端。请根据(2)所选的电路图,补充完成图中实物间的连线,并使闭合开关的瞬间,电压表或电流表不至于被烧坏。
(4)这个小组的同学在坐标纸上建立U、I坐标系,如下图所示,图中已标出了与测量数据对应的4个坐标点。请在图中标出第2、4、6次测量数据的坐标点,并描绘出U-I图线。由图线得到金属丝的阻值Rx=　　　　　Ω(保留2位有效数字)。 
(5)根据以上数据可以估算出金属丝电阻率约为　　　　　。 A.1×10-2 Ω·mB.1×10-3 Ω·mC.1×10-6 Ω·mD.1×10-8 Ω·m(6)(多选)任何实验测量都存在误差,本实验所用测量仪器均已校准,下列关于误差的说法中正确的是　　　　　。 A.用螺旋测微器测量金属丝直径时,由读数引起的误差属于系统误差B.由电流表和电压表内阻引起的误差属于偶然误差C.若将电流表和电压表的内阻计算在内,可以消除由测量仪表引起的系统误差D.用U-I图像处理数据求金属丝电阻可以减小偶然误差
解析 (1)螺旋测微器的读数为0 mm+39.8×0.01 mm=0.398 mm。(2)由实验记录的数据可知Rx的阻值大约为5 Ω。由题知Rx≪RV,故电流表A外接。若滑动变阻器接为限流式接法,电路中最小电流值 ,则Rx两端的电压最小值Umin=IminRx=0.6 V,而从实验数据可知Rx两端电压可为0.10 V,因此滑动变阻器应采用分压式接法。所以选择甲图。
(3)实物图如图甲所示
(4)图线应过原点,选尽可能多的点连成一条直线,不在直线上的点均匀分布在直线两侧,明显偏离的点应舍去,如图乙所示。
图线的斜率反映了金属丝的电阻,因此金属丝的电阻值Rx=4.4 Ω。
(6)系统误差是由仪器的某些不完善或实验方法不够完善等产生的,其测量结果总是偏大或偏小;偶然误差具有随机性,可以通过多次测量取平均值或图像法来减小偶然误差。答案 (1)0.398(0.395~0.399均可)　(2)甲　(3)见解析图甲　(4)见解析图乙　4.4(4.3~4.7均可)　(5)C　(6)CD
规律方法 (1)实物连接时,注意导线不能交叉,并且要注意闭合开关时,分压电路的输出端电压要为零。(2)对螺旋测微器进行读数时要注意:①以毫米为单位时,小数点后面要有三位小数,特别是最后一位估读数字为零时,不能省略;②在读数时注意半毫米刻度线是否已露出。
变式训练3某同学想要了解导线在质量相同时,电阻与横截面积的关系,选取了材料相同、质量相等的5卷导线,进行了如下实验:(1)用螺旋测微器测量某一导线的直径如图所示。读得直径d=　　　　　mm。 
(2)该同学经实验测量及相关计算得到如下数据:
请你根据以上数据判断,该种导线的电阻R与横截面积S是否满足反比关系?若满足反比关系,请说明理由;若不满足,请写出R与S应满足的关系。(3)若导线的电阻率ρ=5.1×10-7 Ω·m,则表中阻值为3.1 Ω的导线长度l=　　　　　 m(结果保留2位有效数字)。 
解析 (1)由题图可知,导线直径d=1 mm+20.0×0.01 mm=1.200 mm。(2)由表中数据分析发现RS2=常量,所以R与S不满足反比关系。把数据代入上式解得l=19 m。答案 (1)1.200　(2)不满足　R与S2成反比(或RS2=常量)　(3)19
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0.6 A,内阻约为0.6 Ω)电压表V(量程3 V,内阻约为3 kΩ)待测电阻丝Rx(阻值约为0.5 Ω)标准电阻R0(阻值5 Ω)滑动变阻器R1(5 Ω,2 A)滑动变阻器R2(200 Ω,1.5 A)直流电源E(输出电压为6 V)开关S、导线若干
(1)下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; 
(3)根据你在(1)(2)中的选择,在图甲上完成实验电路的连接;
(4)实验中,如果两电表的读数分别为U和I,测得拉直后电阻丝的长度为L、直径为D,则待测电阻丝的电阻率ρ的计算式为ρ=　　　　　; (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=　　　　　。 
解析 (1)电阻Rx两端的最大电压U=IRx=0.25 V,约为电压表量程的 ,需要在待测电阻Rx两端串联分压电阻,即串联标准电阻R0,此时R0+Rx< ,电流表采用外接法,选项C正确。(2)滑动变阻器若选用R2并采用限流式接法,调控范围小,操作不便,因而选择R1,并采用分压式接法。
(3)根据测量电路图和滑动变阻器的分压式接法,实物连线如图所示。
答案 (1)C　(2)R1　分压式　(3)见解析图(4) (5)1.205mm(1.203~1.206 mm均可)
2.在测定金属电阻率的实验中,所用金属电阻丝的电阻约为30 Ω。现通过以下实验测量该电阻丝的电阻率。(1)用螺旋测微器测出电阻丝的直径为d。(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(量程为0~3 V,内阻约为3 kΩ)电压表V2(量程为0~15 V,内阻约为15 kΩ)电流表A1(量程为0~100 mA,内阻约为5 Ω)电流表A2(量程为0~0.6 A,内阻约为0.1 Ω)滑动变阻器R1(0~5 Ω)滑动变阻器R2(0~1 kΩ)电源(电动势为4.5 V,内阻不计)为了便于调节电路并能较准确地测出电阻丝的阻值,电流表应选　　　　　,滑动变阻器应选　　　　　。 
(3)如图所示,将电阻丝拉直后,将其两端分别固定在刻度尺两端的接线柱a和b上,刻度尺的中间有一个可沿电阻丝滑动的触头,触头的另一端为接线柱c,当用手按下触头时,触头才与电阻丝接触,触头的位置可在刻度尺上读出。实验中改变触头与电阻丝接触的位置后移动滑动变阻器的滑片,使电流表示数I保持不变,分别测量出多组接入电路中电阻丝的长度L与对应的电压表的示数U。请在图中完成实验电路的连接,部分已连好的线不能改动。(要求:能改变接入电路中的电阻线的长度和能进行多次测量)