資源簡介

(共35張PPT)
導體電阻率的測量
(強基課—逐點理清物理觀念)
第3節
多維度理解
1
2
3
長度測量及測量工具的選用
金屬絲電阻率的測量
小結和練習
多維度理解

問題導入
　　電阻率是反應材料導電性能的物理量，要測量導體的電阻率，需要測量哪些物理量？又該如何設計實驗測量？
長度
直徑
電阻
　　要測量導體的電阻率，我們必須要測量導體的電阻、長度和直徑。
多維度理解
長度的測量及
測量工具的選擇
01
1
　　實驗中我們需要測量金屬絲的直徑和長度，一般情況下金屬絲的直徑很小，用刻度尺很難精確測量，這就需要用到兩種測量精度更高的工具。
測量工具
游標卡尺
螺旋測微器（千分尺）
2
　　下圖是游標卡尺結構圖，其原理是：游標卡尺是利用主尺的單位刻度，與游標尺的單位刻度之間固定的微量差值來提高測量精度的，這個微量差值就是游標卡尺的精度。
游標卡尺
2
　　不管游標尺上有多少刻度，它的刻度部分的總長度總是比主尺上相同數量刻度的總長度少 1 mm ，游標卡尺的精確度就是 1mm / 游標尺的刻度數 。
游標卡尺
10分度刻度尺，刻度總長度 9 mm ，精確度 0.1 mm
20分度刻度尺，刻度總長度 19 mm ，精確度 0.05 mm
50分度刻度尺，刻度總長度 49 mm ，精確度 0.02 mm
2
　　當外（內）測量爪一側的兩個刃接觸時，游標尺上的零刻度線與主尺上的零刻度線剛好對齊。將被測物體夾（套）在這兩刃之間，把主尺讀數和游標尺讀數綜合起來，就是被測物體的長度。
游標卡尺
2
　　游標卡尺的讀數，就是兩條零刻度線之間的距離，如圖所示，即是 x + y 的數值；
游標卡尺
主尺
3
2
0
10
游標尺
cm
x
y
x＝23 mm
第 7 條刻度線對齊
y＝30－23－7×0.9＝0.7 mm
游標卡尺讀數：x＋y＝23＋30－23－7×0.9＝23.7 mm
2
　　用 n 表示游標尺上第 n 條刻度線與主尺上的刻度線對齊，則 y＝n×精確度 mm 。
　　游標卡尺的讀數為：x＋y＝x＋n×精確度 mm
　　如下圖，游標卡尺為 10 分度，精確度為 0.1 mm ，主尺讀數為 23 mm ，游標尺第七條刻度線與主尺刻度線對齊，因此讀數為 23 mm+7×0.1 mm＝23.7 mm 。
游標卡尺
主尺
3
2
0
10
游標尺
cm
注意：游標卡尺不需要估讀。
x
y
2
例 1　下面的幾個游標卡尺讀數分別是多少？
游標卡尺
cm
cm
cm
5.05
5.015
1.094
3
　　螺旋測微器，又叫千分尺，其結構如下圖所示。螺旋測微器的測砧 A 和固定刻度 B 是固定在尺架 C 上的；可動刻度 E 、旋鈕 D、微調旋鈕 D′ 是與測微螺桿 F 連在一起的，通過精密螺紋套在 B 上。
螺旋測微器
3
　　每當旋鈕 D 旋轉一周，螺桿 F 就沿著旋轉軸線方向前進或倒退 0.5 mm ，圓周上的可動刻度 E 有 50 個等分度，因此可動刻度每旋轉一個刻度，對應的螺桿 F 就前進或倒退 0.01 mm ，所以螺旋測微器的精度是 0.01 mm 。
螺旋測微器
3
　　用螺旋測微器測量物體的微小尺寸時，先使 F 與 A 接觸，E 的左邊緣與 B 的零刻度線對正；將被測物體夾在 F 和 A 之間 ，旋轉 D ，當 F 快靠近物體時，停止旋轉 D ，改用 D ，聽到“喀喀”聲時停止；然后讀數。
螺旋測微器
3
螺旋測微器
1．先讀固定刻度：
找到固定刻度右邊第一根主尺線（注意半刻度線有沒有露出來）：讀得 4.5mm
2．再讀可動刻度:
找到軸線與可動刻度對齊的地方，讀數從下面起且要往后估讀一位。
讀得 9.2
對應的數值為：9.2×0.01mm＝0.092mm
3．把固定刻度讀數與可動刻度讀數相加：
4.5mm＋0.092mm＝4.592mm
半毫米刻度線 0.5mm
總結：螺旋測微器讀數＝固定刻度讀數＋可動刻度數（估讀一位）×精確度 mm
3
例 2　下面螺旋測微器的讀數是多少？
螺旋測微器
1.846 mm
1.200 mm
0.646 mm
金屬絲電阻率的測量
02
1
1．電流表的兩種接法：
（1）電流表內接
實驗電路
思考：
1．電壓表的示數是不是 Rx 兩端的真實電壓？
2．電流表的示數是不是通過 Rx 的真實電流？
3．電壓表示數 UV 與電流表示數 IA 的比值是不是 Rx的真實電阻？
4．Rx 的測量值比真實值偏大還是偏小？
電流表分壓：UV＝Ux＋UA ；
R測＝Rx＋RA；
測量值大于真實值。
1
1．電流表的兩種接法：
（2）電流表外接
實驗電路
思考：
1．電壓表的示數是不是 Rx 兩端的真實電壓？
2．電流表的示數是不是通過 Rx 的真實電流？
3．電壓表示數 UV 與電流表示數 IA 的比值是不是 Rx的真實電阻？
4．Rx 的測量值比真實值偏大還是偏小？
電壓表分流：IA＝Ix＋IV ；
測量值小于真實值。
1
1．電流表的兩種接法：
（3）兩種接法選擇方法：
①將待測電阻的估測值與電壓表和電流表的內阻進行比較，若Rx較小，宜采用電
流表外接法；若Rx較大，宜采用電流表內接法，即“大內小外”。
②若 Rx < ，電流表外接；若 Rx > ，電流表內接。
③按如圖所示電路圖接好電路，讓電壓表的可動接線端先后與 a、b 處接觸，如果
電壓表的示數有較大變化，而電流表的示數變化不大，則應采用電流表外接法；如果電流表的示數有較大的變化，而電壓表的示數變化不大，則應采用電流表內接法。
實驗電路
1
2．滑動變阻器的兩種接法：
（1）限流式接法：
①滑片初始位置為最左端，保證滑動變阻器接入電路電阻最大；
②電壓范圍：
電流范圍：
③接法特點：耗能低，電壓調節范圍小；
實驗電路
1
2．滑動變阻器的兩種接法：
（2）分壓式接法：
①滑片初始位置為最左端，開始時 R 兩端電壓為 0；
②電壓范圍：
電流范圍：
③接法特點：電壓調節范圍大，可以從零開始變化；
實驗電路
1
2．滑動變阻器的兩種接法：
（3）選取原則：
①若需要被測電阻R兩端的電壓變化范圍較大，或需要從零開始連續可調電壓，應選分壓電路；
②采用限流電路時，如果電路中最小電流大于或等于被測電阻 R 的額定電流，必須采用分壓電路；
③當 R0④當 R0>R 時（或兩者相差不多），雖然兩種電路都可以對負載電流有明顯的調節和控制，或兩種電路都滿足實驗要求時，限流電路具有節省電能、電源負擔輕等優點，選限流電路較好；
實驗電路
1
實驗器材：電源電壓約為 3V ；電流表量程 0~0.6A，內阻約為 0.125 Ω ，0~3A 量程，內阻約為 0.025 Ω ；電壓表量程 0~ 3V ，內阻約為 3 kΩ ，0~ 15V 量程，內阻約為 15 kΩ ；滑動變阻器最大阻值 5Ω ；待測金屬絲的電阻約為 10 Ω ，一個開關，導線若干。
實驗電路
思考：
1．電壓表和電流表應該選用什么量程？
2．電流表應該內接還是外接？
3．滑動變阻器采用什么接法？
1
　　可以利用右圖的實驗電路來進行實驗。取一段金屬電阻絲連接到實驗電路中，只要測出電阻絲的電阻 R 、長度 l 和直徑 d（S＝），就可以計算出該電阻絲所用材料的電阻率，即：
ρ＝＝＝
實驗電路
V
A
R
E
S
2
1．電阻的測量：按照右圖連接電路，改變滑片的位置，讀取多組電壓、電流，通過 U-I 圖像求得電阻 R 。
2．電阻有效長度的測量：電阻絲長度的測量工具應選用刻度尺。需要注意，在測量電阻絲有效長度時，不是測量電阻絲的總長度，而是測量接入電路的有效長度 l 。反復測量多次，求平均值。
物理量的測量
V
A
R
E
S
2
3．電阻的測量：因為電阻絲比較細，所以直接用刻度尺測量會有比較大的誤差。下面提供三種測量方式。
（1）用 1 mm 的刻度尺測量：選取一段新的電阻絲，在圓柱形物體上緊密纏繞，再用刻度尺測出總寬度，再除以圈數，就可以比較精確地測出電阻絲的直徑了。
物理量的測量
2
3．電阻的測量：因為電阻絲比較細，所以直接用刻度尺測量會有比較大的誤差。下面提供三種測量方式。
（2）用游標卡尺和螺旋測微器測量
物理量的測量
3
　　將上述三個測量量代入公式，計算出金屬絲的電阻率，請通過查閱電阻率表，初步判斷材料的類型；比較電阻率，分析本次實驗可能產生誤差的地方，并分析誤差產生原因。
數據分析
材料 ρ/(Ω m) 材料 ρ/(Ω m)
銀 1.6×10-8 鐵 1.0×10-7
銅 1.7×10-8 錳銅合金 4.4×10-7
鋁 2.9×10-8 鎳銅合金 5.0×10-7
鎢 5.3×10-8 鎳鉻合金 1.0×10-6
小結和練習
03
1
小結
1．長度的測量：游標卡尺或螺旋測微器的使用和讀數；
2．電阻的測量：伏安法測電阻
（1）電流表的內接和外接；
（2）滑動變阻器的限流接法和分壓接法；
3．電阻率的測量：
1．如圖甲所示為一游標卡尺的結構示意圖，當測量一鋼筆帽的內徑時，應該用游標卡尺的_______（選填“A”“B”或“C”）進行測量；示數如圖乙所示，該鋼筆帽的內徑為___________mm。
2
練習
A
11.25
2．某同學用如圖甲所示的螺旋測微器測量小球的直徑時，他應先轉動________，使 F 靠近小球，再轉動___________，使 F 夾住小球，直至聽到棘輪發出聲音為止，撥動_______________，使 F 固定后讀數（填儀器部件字母符號）。正確操作后，螺旋測微器的示數如圖乙所示，則小球的直徑是___________mm。
2
練習
D
H
G
6.700
3．在用電壓表和電流表測量某種金屬絲的電阻率時，用刻度尺測得金屬絲的長度為 60 cm，用螺旋測微器測得金屬絲的直徑為 0.635 mm ，兩電表的示數分別如圖 11.3-14 所示（電壓表量程為 0～3 V，電流表的量程 0～0.6 A）。請計算金屬絲的電阻率是多少？
2
練習
答：由題意可知：金屬絲的電壓、電流分別為 U＝1.20V ，I＝0.50A，則 R＝ ＝2.40 Ω 。根據公式，ρ＝＝ ＝1.3 ×10-6 Ω·m
4．隨著居民生活水平的提高，純凈水已經進入千家萬戶。某市對市場上出售的純凈水質量進行了抽測，結果發現不少樣品的電導率（電導率是電阻率的倒數，是檢驗純凈水是否合格的一項重要標準）不合格。
（1）你認為不合格的純凈水的電導率是偏大還是偏小？
（2）為了方便測量純凈水樣品的電阻，將采集的水樣裝入絕緣性能良好的塑料圓柱形容器內，容器兩端用金屬片電極密封，如圖所示。請用筆畫線表示導線，連接測量純凈水樣品電阻的電路，注意合理選擇電表的量程。
2
練習

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