高中物理人教版 (2019)必修 第三册3 实验：导体电阻率的测量获奖课件ppt

11.3 实验：导体电阻率的测量  

教学目标与核心素养

一、教学目标

1.掌握螺旋测微器和游标卡尺的原理及读数方法。

2.会用伏安法测电阻，进一步测定金属的电阻率。

二、核心素养

物理观念：让学生体会实验与逻辑思维相结合的物理观念，体验逻辑思维的力量。

科学思维：培养学生的观察能力、操作能力、数据处理能力以及设计能力。。

科学探究：通过实验操作掌握导体电阻率的测量过程。

科学态度与责任：培养学生理论联系实际、学以致用的思维品质。

教学重难点

重点：测定金属的电阻率。

难点：螺旋测微器和游标卡尺的原理及读数方法。

教学过程

【新课引入】

要想测出截面积就要测出金属丝的直径，为了准确测量这些物理量，我们就来学习长度的测量及测量工具的选用。

【新知探究】

实验 1 长度的测量及测量工具的选用

长度是物理学中基本的物理量，长度的测量是最基本的测量。常用的测量工具是刻度尺，测量要求的不同，可以选用不同的测量工具。初中我们已经学习了用刻度尺测量长度的方法和读数规则。现在我们进一步学习使用另外两种测量精度更高的工具游标卡尺和螺旋测微器。

（一）游标卡尺

1.游标卡尺的结构

游标卡尺的主要部分是主尺 A 和一条可以沿着主尺滑动的游标尺B。

2.游标卡尺测量原理

游标卡尺是利用主尺的单位刻度（1 mm）与游标尺的单位刻度之间固定的微量差值来提高测量精度的。不管游标尺上有多少个小等分刻度，它的游标尺上刻度部分的总长度比主尺上的同样多的小等分刻度少1 mm。

常用的游标卡尺有 10 分度、20 分度和 50 分度三种。

   （1）10 分度游标卡尺

游标尺上有 10个小的等分刻度，总长9mm，每小格与1 mm的差值0.1 mm，可精确到0.1mm

（2）20 分度游标卡尺

游标尺上有 20个小的等分刻度，总长19mm，

每小格与1 mm的差值0.05 mm，可精确到0.05mm

（3）50分度游标卡尺

游标尺上有 50个小的等分刻度，总长49mm，每小格与1 mm的差值0.02 mm，可精确到0.02mm

下面我们以 10 分度游标卡尺为例来学习它的读数

（1）10 分度游标卡尺测距原理

量爪并拢时主尺和游标尺的零刻度线对齐，它们的第1条刻度线相差 0.1 mm，第2条刻度线相差 0.2 mm……第10刻度线相差 1 mm。

当量爪间所测量物体的长度为 0.1 mm时，游标尺向右应移动 0.1 mm，这时它的第1条刻度线恰好与主尺的 1 mm 刻度线对齐。

当游标尺的第5条刻度线跟主尺的 5 mm 刻度线对齐时，说明两量爪之间有0.5 mm 的宽度……

2. 10 分度游标卡尺读数

（1）先读主尺读数：看游标尺零线左边主尺第一刻度的数值；

（2）再看游标尺上的第几条刻度线与主尺上某一刻度线对齐，毫米小数部分(游标)＝精度×游标尺与主尺重合的游标刻度数

主尺读数：4mm

游标尺读数： 3 ×0.1 mm =0.3mm

测量值=主尺读数+n×精度(游标)

测量值：20 mm +6×0.1mm=20.6mm

答案：54.5mm

思考讨论：50分度和20 分度游标卡尺读数又是怎样的呢？

50分度：测量值=主尺读数+n×0.02

20 分度：测量值=主尺读数+n×0.05

3.游标卡尺的使用

当外（内）测量爪一侧的两个刃接触时，游标尺上的零刻度线与主尺上的零刻度线正好对齐。

用游标卡尺测量外径

用游标卡尺测量内径

将被测物体夹（套）在这两个刃之间，把主尺读数和游标尺读数综合起来，就是被测物体的长度。

用游标卡尺测量深度

（二）螺旋测微器

1.螺旋测微器的结构图

2.螺旋测微器的测距原理：当旋钮 D 旋转一周，螺杆 F便沿着旋转轴线方向前进或后退一个螺距的距离。

螺旋测微器的固定刻度 B 的螺距是 0.5 mm，圆周上的可动刻度 E有 50 个等分刻度。

可动刻度每旋转一格，对应测微螺杆 F 前进或后退

用螺旋测微器测量可准确到 0.01 mm。

3.螺旋测微器的读数原理

测量值(mm)＝固定刻度数(mm)(注意半毫米刻度线是否露出)＋可动刻度数(估读一位)×0.01(mm)

是否超过半刻度？是。

L= 2 + 0.5 + 46.0 ×0.01mm= 2.960 mm

是否超过半刻度？否。

L= 2 + 15.0 ×0.01mm= 2.150 mm

3.螺旋测微器的使用

用螺旋测微器测量物体的微小尺寸时，先使F与A接触，E的左边缘与B的零刻度线对正；将被测物体夹在F与A之间如图所示。

旋转D，当F快靠近物体时，停止使用D，改用D′，听到 “喀喀”声时停止；然后读数。

做一做：使用螺旋测微器测量以下物体的尺寸

（1）测量A4纸的厚度；

（2）测量头发丝的直径。

实验 2 金属丝电阻率的测量

一、实验目的

1.学会使用伏安法测量电阻。

2.测定金属导体的电阻率。

二、实验思路

由金属丝电阻率可知只要测出电阻丝的电阻 R、长度 L 和直径 d（S ＝πd2/ 4 ），就可以计算出该电阻丝所用材料的电阻率，即

三、实验器材

被测金属丝一根，刻度尺、螺旋测微器一把，电压表、电流表各一个，学生电源一个，开关一个，滑动变阻器一只，导线若干。

四、实验电路

思考讨论：电流表采用内接法还是外接法？为什么？

电流表外接法

电压表示数

电流表示数

测量值偏小，适于测量小阻值电阻

电流表内接法

电压表示数

电流表示数

测量值偏大，适于测量大阻值电阻。

由于电阻丝的电阻丝较小所以用电流表外接法，电路图如图所示：

五、实验过程

物理量的测量需要测量金属电阻丝的电阻 R、长度 L 和直径 d 三个物理量。

（1）电阻的测量

实验步骤：①按实验电路图连接实物电路。

②改变滑动变阻器滑片的位置，读取多组电压、电流值。

③通过U-I 图像求得电阻 R。

电压、电流表数值如下:

由图可求出R的值:

（2）电阻丝有效长度的测量

电阻丝长度的测量工具应选用刻度尺。需要注意，在测量电阻丝的长度时，测量的并不是电阻丝的总长度，而是接入电路的有效长度L。反复测量多次，得到有效长度的平均值。

（3）电阻丝直径的测量

测量直径的方案①用刻度尺测量电阻丝的直径

采用累积的方法，即取一段新的电阻丝，在圆柱形物体上紧密缠绕。

用分度值为1 mm的刻度尺测出总宽度，再除以圈数，这样便可以提高电阻丝直径的测量精度了。

②用游标卡尺或螺旋测微器测量电阻丝的直径

1）在电阻丝的不同位置测量3次，求得直径的平均值。

用游标卡尺测电阻丝的直径

需要注意的是：用游标卡尺测量时，电阻丝应该置于外测量爪的平面处。

2）用螺旋测微器测量时，当接近电阻丝时，须转动微调旋钮。

六、数据分析

将三个测量值代入上述公式，计算得出导体的电阻率。 

七、误差分析

1、 测金属丝直径时会出现误差，通过变换不同的位置和角度测量，然后再求平均值方法，达到减小误差的目的；

2、 测金属丝长度时出现的误差，一定要注意到测量的是连入电路中的电阻丝的长度；

3、 电压表、电流表读数时会出现偶然误差；

4、 电压表、电流表内阻对测量结果都会产生影响；应采用电流表外接法测电阻来较小误差；

5、电流过大，通电时间过长，会使电阻丝发热导致电阻发生变化，产生误差。

【课堂小结】

电阻丝有效长度的测量：测量的并不是电阻丝的总长度，而是接入电路的有效长度L。

【随堂演练】

1.如图所示，螺旋测微器的读数为——————；游标卡尺的读数为——————————

答案：6.124mm；50.90mm

2.现有一合金制成的圆柱体，为测量该合金的电阻率，现用伏安法测圆柱体两端之间的电阻，用螺旋测微器测量该圆柱体的直径，用游标卡尺测量该圆柱体的长度．螺旋测微器和游标卡尺的示数如图（a）和图（b）所示。

（1）由上图读得圆柱体的直径为___________mm，长度为_________cm。

（2）若流经圆柱体的电流为I，圆柱体两端之间的电压为U，圆柱体的直径和长度分别用D、L表示，则用测得的D、L、I、U表示的电阻率的关系式为ρ=___________

答案：（1）1.847；4.240；（2）

3．测量金属的电阻率实验中，关于误差的说法中正确的是（         ）

A．电流表采用外接法，将会使ρ测＜ρ真

B．电流表采用外接法，由于电压表的并联引起了电阻丝分压的减小而引起测量误差

C．由ρ= 可知，I、d、U、L中每一个物理量的测量都会引起ρ的测量误差

D．由ρ=可知对实验结果准确性影响最大的是直径d的测量

答案： ACD

拓展提高

1.在“测定金属的电阻率”的实验中：

（1）某同学测量金属线Rx的直径时螺旋测微器如图1所示，则该金属线的直径为d=____________。

（2）金属线Rx的电阻大约是3Ω，实验室提供的电流表A（量程2.5mA，内阻约30Ω）、电压表V（量程3V，内阻约3kΩ）。则金属线、电流表和电压表的连接方式应该采用甲乙两图中的————

答案： 1.721mm；乙

2．在测金属丝电阻率的实验中，回答下列问题。

（1）测得某金属丝的有效长度为L，直径为d，两端的电压为U，通过它的电流为Ⅰ，可以得到金属丝的电阻率ρ=_____________（用题中所给的物理量符号表示）。

（2）若金属丝的电阻约为5Ω，电流表内阻约为1Ω，电压表内阻约为1kΩ，则实验中应该将电流表__________。（填“内接”或“外接”）。

答案： 外接

3.螺旋测微器是常见的长度测量工具，如图所示，旋动旋钮一圈，旋钮同时会随测微螺杆沿着旋转轴线方向前进或后退一个螺距的距离，已知旋钮上的可动刻度“0”刻线处A点的旋转半径为R=5.0mm，内部螺纹的螺距x=0.5mm，若匀速旋动旋钮，则A点绕轴线转动的线速度和沿轴线水平移动的速度大小之比为（　　）

A．10：1             B．10π：1           C．20π：1           D．20：1

答案：C