資源簡介

2022-2023學年人教版（2019）必修第三冊
11.3實驗：導體電阻率的測量 導學案（含答案）
基礎知識導學
實驗1　長度的測量及測量工具的選用
一、游標卡尺
1．原理：利用主尺的單位刻度與游標尺的單位刻度的差值制成。不管游標尺上有多少個小等分刻度，它的刻度部分的總長度比主尺上的同樣多的小等分刻度少 1 mm。
2．精度：對應關系為10分度0.1 mm，20分度0.05 mm，50分度0.02 mm。
3．讀數：若用x表示由主尺上讀出的整毫米數，N表示從游標尺上讀出與主尺上某一刻線對齊的游標的格數，則記錄結果表達為(x＋N×精度) mm。
二、螺旋測微器
1．原理：測微螺桿F與固定刻度B之間的精密螺紋的螺距為0.5 mm，即旋鈕D每旋轉一周，F前進或后退0.5 mm，而可動刻度E上的刻度為50等份，每轉動一小格，F前進或后退0.01 mm，即螺旋測微器的精確度為0.01 mm。讀數時估讀到毫米的千分位上，因此，螺旋測微器又叫千分尺。
2．讀數：測量時被測物體長度的整毫米數由固定刻度讀出，小數部分由可動刻度讀出。測量值(mm)＝固定刻度數(mm)(注意半毫米刻度線是否露出)＋可動刻度數(估讀1位)×0.01(mm)。
實驗2　金屬絲電阻率的測量
一、實驗原理和方法
由R＝ρ得 ρ＝，因此，只要測出金屬絲的長度l、橫截面積S和金屬絲的電阻R，即可求出金屬絲的電阻率ρ。
1．把金屬絲接入電路中，用伏安法測金屬絲的電阻R。電路原理如圖所示。
2．用毫米刻度尺測量金屬絲的長度l，用螺旋測微器量得金屬絲的直徑，算出橫截面積S。
3．將測量的數據代入公式 ρ＝ 求金屬絲的電阻率。
二、實驗器材
被測金屬絲、螺旋測微器、毫米刻度尺、電池組、電流表、電壓表、滑動變阻器、開關、導線若干。
三、實驗步驟
1．直徑測定
用螺旋測微器在被測金屬導線上的三個不同位置各測一次直徑，求出其平均值d，計算出導線的橫截面積S＝。
2．電路連接
按如圖所示的原理電路圖連接好，用伏安法測電阻的實驗電路。
3．長度測量
用毫米刻度尺測量接入電路中的被測金屬導線的有效長度，反復測量3次，求出其平均值l。
4．U、I測量
把上圖中滑動變阻器的滑動片調節到最左端，電路經檢查確認無誤后，閉合開關S，改變滑動變阻器滑動片的位置，讀出幾組相應的電流表、電壓表的示數I和U的值，記入表格內，斷開開關S。
5．拆去實驗線路，整理好實驗器材。
四、數據處理
1．在求Rx的平均值時可用兩種方法
(1)用Rx＝分別算出各次的數值，再取平均值。
(2)用U I圖線的斜率求出。
2．計算電阻率
將記錄的數據Rx、l、d的值代入電阻率計算公式ρ＝Rx＝。
五、誤差分析
1．金屬絲的橫截面積是利用直徑計算而得，直徑的測量是產生誤差的主要來源之一。
2．采用伏安法測量金屬絲的電阻時，由于采用的是電流表外接法，測量值小于真實值，使電阻率的測量值偏小。
3．金屬絲的長度測量、電流表和電壓表的讀數等會帶來偶然誤差。
4．由于金屬絲通電后發熱升溫，會使金屬絲的電阻率變大，造成測量誤差。
六、注意事項
1．本實驗中被測金屬導線的電阻值較小，因此實驗電路一般采用電流表外接法。
2．實驗連線時，應先從電源的正極出發，依次將電源、開關、電流表、待測金屬導線、滑動變阻器連成主干線路，然后再把電壓表并聯在待測金屬導線的兩端。
3．測量被測金屬導線的有效長度，是指測量待測導線接入電路的兩個端點之間的長度，亦即電壓表兩端點間的待測導線長度，測量時應將導線拉直，反復測量三次，求其平均值。
4．測金屬導線直徑一定要選三個不同部位進行測量，求其平均值。
5．閉合開關S之前，一定要將原理圖中滑動變阻器的滑片移至使接入電路的電阻最大處。
6．在用伏安法測電阻時，通過待測導線的電流強度I不宜過大(電流表用0～0.6 A量程)，通電時間不宜過長，以免金屬導線的溫度明顯升高，造成其電阻率在實驗過程中逐漸增大。
7．求Rx的平均值時可用兩種方法：第一種是用Rx＝算出各次的測量值，再取平均值；第二種是用圖像(U I圖線)來求出。若采用圖像法，在描點時，要盡量使各點間的距離拉大一些，連線時要盡可能地讓各點均勻分布在直線的兩側，個別明顯偏離較遠的點可以不予考慮。
重難問題探究
1、游標卡尺的主尺的最小刻度是多少？
2、游標卡尺的原理是多少？
3、游標卡尺的讀數原理是什么
基礎小題試練
1.一同學在某次實驗中測量一物體長度，記錄結果為11.75 mm，則該同學所使用的測量工具可能為( )
A.10分度的游標卡尺 B.20分度的游標卡尺 C.50分度的游標卡尺 D.螺旋測微器
2.在“測金屬絲電阻率”的實驗中，經測量得該金屬絲接入電路的長度為，金屬絲的直徑為d，金屬絲兩端的電壓和通過它的電流分別為，則金屬絲的電阻率可表示為。由表達式分析對電阻率的測量誤差影響最大的是( )
A.金屬絲的直徑 B.金屬絲兩端的電壓 C.流過金屬絲的電流 D.金屬絲的長度
3.某同學要測量一均勻新材料制成的圓柱體的電阻率ρ，實驗中需要測出其長度和直徑。
（1）用20分度的游標卡尺測量其長度，游標尺有刻度部分總長為________mm，每一分度為_______mm，與主尺上最小分度相差_______mm；如圖甲所示，金屬絲長度_______mm；
（2）用螺旋測微器測量其直徑如圖乙所示，由圖可知其直徑________mm。
4.為了精確測量某待測電阻的阻值（大約），有以下器材可供選擇：
電流表：（量程0～50 mA，內阻約）
電流表：（量程0～3 A，內阻約）
電壓表：（量程0～3 V，內阻約）
電壓表：（量程0～15 V,內阻很大）
滑動變阻器：（0～,允許最大電流2.0 A）
滑動變阻器：（0～，允許最大電流0.5 A）
電源：E（電壓約為3 V，內阻不計）
開關S一個，導線若干；
（1）電流表應選__________，電壓表應選_________，滑動變阻器應選_________。（均填器材代號）
（2）請在虛線框中畫出測量電阻的實驗電路圖。（要求電表讀數的范圍盡可能大一些）
（3）通過分析，在本實驗中的測量值_______真實值（選填“大于”“等于”或“小于”）。
答案以及解析
1.答案：B
解析：游標卡尺不用估讀，10分度的游標卡尺精度為0.1 mm，50分度的游標卡尺精度為0.02 mm，螺旋測微器精度為0.01 mm，但需要估讀一位。記錄結果為11.75 mm，精度不是0.1 mm，也不符合螺旋測微器估讀結果；如果精度是0.02 mm則讀數末尾不會是0.05 mm，所以只有20分度的游標卡尺精度為0.05 mm，故選B。
2.答案：A
解析：由，可知金屬絲直徑d對電阻率的測量誤差影響最大，A正確。
3.答案：（1）
（2）4.700
解析：（1）由圖甲可知，游標卡尺主尺示數為50 mm，游標尺示數為
則長度為；
（2）由圖乙所示可知，螺旋測微器固定刻度示數為4.5 mm，可動部分示數為，則直徑。
4.答案：（1）
（2）如圖所示
（3）小于
解析：（1）因電源電壓約為3V，故電壓表應選，電阻的阻值大約為，通過待測電阻的電流的最大值約為50 mA，因此電流表選；為方便實驗操作，滑動變阻器應選量程較小的，即選。
（2）因待測電阻的阻值（約為），有，所以采用電流表外接法；又要求電表讀數的范圍盡可能大一些，所以滑動變阻器應采用分壓式接法。
（3）由于電壓表的分流作用，流經電流表的電流要大于流經的電流，電壓表測量值準確，由歐姆定律可知，在本實驗中的測量值小于真實值。

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