資源簡介

(共27張PPT)
3　實驗：導體電阻率的測量
實驗目的
1．掌握游標卡尺和螺旋測微器的原理及讀數方法。
2．練習使用電流表、電壓表及伏安法測電阻。
3．測定金屬的電阻率。
實驗原理
1．游標卡尺
(1)構造：主尺、游標尺(主尺和游標尺上各有一個內、外測量爪)(如圖甲所示)。
甲
(2)原理：利用主尺的單位刻度(1 mm)與游標尺的單位刻度之間固定的微量差值提高測量精度的。常用的游標卡尺有10分度、20分度和50分度三種，其讀數見下表：
分度 刻度總長度 每小格與1 mm的差 精確度(可準確到)值
10 9 mm 0.1 mm 0.1 mm
20 19 mm 0.05 mm 0.05 mm
50 49 mm 0.02 mm 0.02 mm
2．練習使用游標卡尺
(1)用游標卡尺的外測量爪測量小鋼球、小圓管的外徑、教科書的厚度等。
(2)用游標卡尺的內測量爪測量小圓管的內徑、槽的寬度等。
3．螺旋測微器
(1)構造：如圖乙所示，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。
乙
(3)讀數
①測量時被測物體長度的半毫米數由固定刻度讀出，不足半毫米部分由可動刻度讀出。
②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(估讀一位)×0.01(mm)。
③如圖丙所示，固定刻度示數為2.0 mm，而從可動刻度上讀的示數為15.0，最后的讀數為2.0 mm＋15.0×0.01 mm＝2.150 mm。
丙
4．練習使用螺旋測微器
(1)測量A4紙的厚度。
(2)測量頭發絲的直徑。
5．電阻率的測量原理
實驗器材
毫米刻度尺，螺旋測微器或游標卡尺，直流電流表和直流電壓表，滑動變阻器(阻值范圍0～50 Ω)，電池組，開關，被測金屬絲，導線若干。
實驗步驟
1．測直徑：用螺旋測微器或游標卡尺在金屬絲的三個不同位置上各測一次，并記錄數據。
2．測長度：將金屬絲兩端固定在接線柱上懸空掛直，用毫米刻度尺測量接入電路的金屬絲長度l(即有效長度)，反復測量三次，并記錄。
3．連電路：依照電路圖用導線把器材連好，并把滑動變阻器的阻值調至并聯電路部分的電壓為零處。
4．測U、I：電路經檢查確認無誤后，閉合開關S。改變滑動變阻器滑動觸頭的位置，讀出幾組相應的電流表、電壓表的示數I和U的值，記入記錄表格內，斷開開關S。
5．整理：拆除實驗電路，整理好實驗器材。
數據處理
1．金屬絲直徑的讀數：
(1)用游標卡尺測量金屬絲直徑時，電阻絲應置于外測量爪的平面處。
(2)利用螺旋測微器測金屬絲直徑，讀數時應特別小心半毫米刻度線是否露出。
(3)因螺旋測微器的精確度為0.01 mm，可動刻度上對齊的格數需要估讀。所以，若以毫米為單位的話，最后一位應出現在小數點后的第三位上。
(4)把三個不同位置的測量值求平均值作為直徑d。
2．金屬絲長度的測量：
(1)應測量接入電路中的有效長度。
(2)因為用的是毫米刻度尺，讀數時要讀到毫米的下一位(別忘記估讀)。
(3)把三次測量值求平均值作為長度l。
3．電阻R的測量值的確定：
方法一：平均值法
可以將每次測量的U、I分別計算出電阻，再求出電阻的平均值，作為測量結果。
方法二：圖像法
可建立U- I坐標系，將測量的對應U- I值描點作出圖像，利用圖像斜率求出電阻值R。
注意事項
1．為了方便，應在金屬導線連入電路前測導線直徑，為了準確，應測量拉直懸空的連入電路的導線的有效長度，且各測量三次，取平均值。
2．測量電路應選用電流表外接法，且測電阻時，電流不宜過大，通電時間不宜太長，因為電阻率隨溫度而改變。
3．為準確求出R的平均值，應多測幾組U、I數值，然后采用U I圖像法求出電阻。
[解析]　(1)20分度的游標卡尺精確度為0.05 mm，游標尺上第3格與主尺上的刻度線對齊，示數為0.05×3 mm＝0.15 mm，故長度為50 mm＋0.15 mm＝50.15 mm。
(2)螺旋測微器固定刻度示數為4.5 mm，可動刻度示數為20.0×0.01 mm＝0.200 mm，故直徑為4.5 mm＋0.200 mm＝4.700 mm。
[答案]　(1)50.15　(2)4.700
【對點訓練】
1．某同學用游標卡尺測量一圓柱體的長度l，用螺旋測微器測量圓柱體的直徑d，示數如圖甲、乙所示。
由圖可讀出l＝________cm，d＝________mm。
解析：游標卡尺主尺讀數為2.2 cm，游標尺讀數為5×0.1 mm＝0.5 mm＝0.05 cm，故l＝2.2 cm＋0.05 cm＝2.25 cm；螺旋測微器的半毫米刻度線已露出，所以固定刻度為6.5 mm，再讀出可動刻度上的格數(估讀一位)×0.01 mm，讀數為6.5 mm＋36.0×0.01 mm＝6.860 mm。
答案：2.25　6.860
A．直流電源(輸出電壓為3 V)
B．電流表A(量程0～0.6 A，內阻約0.125 Ω)
C．電壓表V(量程0～3 V，內阻3 kΩ)
D．滑動變阻器(最大阻值20 Ω)
E．開關、導線等
(1)從圖中讀出金屬絲的直徑為________mm。
(2)根據所提供的器材，在虛線框中畫出實驗電路圖。
(3)若根據伏安法測出金屬絲的阻值為Rx＝4.0 Ω，則這種金屬材料的電阻率為________ Ω·m(保留兩位有效數字)。
【對點訓練】
2．在“導體電阻率的測量”實驗中，
(1)根據如圖甲所示的電路圖，實物連線圖(圖乙)中的導線a端應與________(選填“b”“c”或“d”)接線柱連接；
(2)下列操作正確的是________(多選)；
A．連接電路時，開關處于斷開狀態
B．閉合開關前，滑動變阻器滑片調到最右端
C．完成電流表和電壓表讀數后，及時斷開開關
(3)某次實驗中電壓表的指針位置如圖丙所示，則讀數為______V；
(4)為了測量金屬絲的電阻率，已測量了金屬絲的直徑d、流過金屬絲的電流I及金屬絲兩端的電壓U，還需要用________________(選填“毫米刻度尺”“游標卡尺”或“螺旋測微器”)測量金屬絲的長度l，則金屬絲電阻率ρ＝__________(用題中物理量的符號表示)。
解析：(1)根據電路圖連接實物圖，a端應該與c端連接。
(2)為了電路的安全，連接電路時，開關應處于斷開狀態，A正確；閉合開關前，滑動變阻器的滑片應該調到最左端，使與滑動變阻器并聯部分的電壓最小，B錯誤；完成電流表和電壓表讀數后，及時斷開開關，以免燒毀元件，C正確。PAGE
課時跟蹤檢測(十三) 實驗：導體電阻率的測量
1．(2024·廣東1月學考)在用伏安法“測金屬絲的電阻率”的實驗中，Rx遠小于電壓表的內阻，在各電表安全使用的前提下，正確選用的電路圖是(　　)
解析：選B　根據伏安法測電阻，電流表應與待測電阻串聯，電壓表應與待測電阻并聯；由于Rx遠小于電壓表的內阻，則電壓表的分流幾乎可以忽略不計，所以電流表應采用外接法。故選B。
2．在“測定金屬的電阻率”的實驗中：
(1)用螺旋測微器測量金屬絲直徑時，其示數如圖甲所示，則金屬絲的直徑為d＝________ mm。
(2)某同學設計了如圖乙所示的電路測量該金屬絲的電阻(阻值約3 Ω)。
可選用的器材規格如下：
電源E(電源電壓為3 V，內阻不計)；
電流表A(0～0.6 A，內阻約0.5 Ω)；
電流表G(0～10 mA，內阻為50 Ω)；
滑動變阻器R1(阻值0～5 Ω，額定電流2 A)；
滑動變阻器R2(阻值0～1 kΩ，額定電流1 A)；
定值電阻R3＝250 Ω；
定值電阻R4＝2 500 Ω；
開關S和導線若干。
①為了便于操作，并使測量盡量精確，定值電阻應選________，滑動變阻器R應選________。
②某次測量時電流表G的讀數為5.0 mA，電流表A示數為0.50 A，計算Rx的準確值為Rx＝________(計算結果保留3位有效數字)。
解析：(1)由圖示螺旋測微器可知，固定刻度示數為0.5 mm，可動刻度示數為30.0×0.01 mm＝0.300 mm，螺旋測微器示數為0.5 mm＋0.300 mm＝0.800 mm。
(2)①根據閉合電路歐姆定律和電流表最小讀數，可求出電路中需要的最大電阻為R＝＝ Ω＝15 Ω，由于待測電阻為3 Ω，所以滑動變阻器應用R1，根據分壓原理，R支＝＝ Ω＝300 Ω，故定值電阻選R3。
②根據歐姆定律，由
Rx＝＝ Ω≈3.03 Ω。
答案：(1)0.800　(2)①R3　R1　②3.03 Ω
3．USB數據線所用的導線是否合格至關重要。某實驗小組從數據線內剝離出長1.5 m 的金屬絲(估測其電阻Rx約0.4 Ω)，測量此金屬絲的電阻。實驗室提供的器材有：
A．電流表A1(量程為0～0.6 A，內阻為RA1＝1 Ω)
B．電流表A2(量程為0～1 A，內阻RA2約為0.5 Ω)
C．電壓表V(量程為0～15 V，內阻為RV＝10 kΩ)
D．定值電阻R1＝1 Ω
E．滑動變阻器R(最大阻值為5 Ω)
F．電源E(電動勢為1.5 V，內阻約為2 Ω)
G．開關S一只，導線若干
(1)該實驗小組設計的部分實驗電路如圖甲所示，請選擇合適的器材，電表1為________，電表2為________。(均填寫器材前的字母序號)
(2)若要求測量時流過金屬絲的電流從零開始調節，請你設計、完善實驗電路，并畫在虛線框中。
(3)經過多次測量，得到如圖乙所示的圖像(其中I1為電表1的讀數，I2為電表2的讀數)，由此可知I2與I1－I2關系式為________(用題中物理量的符號表示)，金屬絲的電阻值為________Ω(結果保留2位有效數字)。
(4)本實驗所采用測量電阻的實驗方法，________(填“會”或“不會”)產生系統誤差；采用圖像法求金屬絲電阻，可以減小________誤差(填“系統”或“偶然”)。
解析：(1)由于電壓表量程比電源電動勢大得多，故本實驗電壓表不適用，故可以將已知內阻的電流表A1作為電壓表使用，與定值電阻和待測金屬絲并聯，即電表2選擇A；最后用量程稍大一些的電流表A2測兩支路的總電流，即電表1選擇B。
(2)若要求測量時流過金屬絲的電流從零開始調節，則滑動變阻器應采用分壓接法，實驗電路圖如圖所示。
(3)根據電路圖的串并聯關系可得
I2RA1＝(I1－I2)(R1＋Rx)，
可得I2＝·(I1－I2)，
可知圖像中的斜率為k＝＝，
解得金屬絲的電阻值為Rx＝×1 Ω－1 Ω≈0.28 Ω。
(4)由于本實驗電流表A1的內阻已知，用I2RA1表示定值電阻和待測金屬絲的總電壓，用I1－I2表示定值電阻和待測金屬絲的電流，均沒有誤差，故本實驗所采用測量電阻的實驗方法，不會產生系統誤差；采用圖像法求金屬絲電阻，可以去除掉偏差比較大的數據，可以減小偶然誤差。
答案：(1)B　A　(2)圖見解析　
(3)I2＝·(I1－I2)　0.28
(4)不會　偶然
4．(2024·山東高考)某學習小組對兩種型號鉛筆芯的電阻率進行測量。實驗器材如下：
學生電源(輸出電壓0～16 V)；
滑動變阻器(最大阻值10 Ω，額定電流2 A)；
電壓表V(量程3 V，內阻未知)；
電流表A(量程3 A，內阻未知)；
待測鉛筆芯R(X型號、Y型號)；
游標卡尺，螺旋測微器，開關S，單刀雙擲開關K，導線若干。
回答以下問題：
(1)使用螺旋測微器測量鉛筆芯直徑，某次測量結果如圖甲所示，該讀數為________ mm；
(2)把待測鉛筆芯接入圖乙所示電路，閉合開關S后，將滑動變阻器滑片由最右端向左調節到合適位置，將單刀雙擲開關K分別擲到1、2端，觀察到電壓表示數變化比電流表示數變化更明顯，則測量鉛筆芯電阻時應將K擲到________(填“1”或“2”)端；
(3)正確連接電路，得到Y型號鉛筆芯I U圖像如圖丙所示，求得電阻RY＝________Ω(保留3位有效數字)；采用同樣方法得到X型號鉛筆芯的電阻為1.70 Ω；
(4)使用游標卡尺測得X、Y型號鉛筆芯的長度分別為40.68 mm、60.78 mm，使用螺旋測微器測得X、Y型號鉛筆芯直徑近似相等，則X型號鉛筆芯的電阻率________(填“大于”或“小于”)Y型號鉛筆芯的電阻率。
解析：(1)根據螺旋測微器的讀數規則可知，其讀數為d＝2 mm＋45.0×0.01 mm＝2.450 mm。
(2)由于電壓表示數變化更明顯，說明電流表分壓較多，因此電流表應采用外接法，即測量鉛筆芯電阻時應將K擲到1端。
(3)根據題圖丙的I U圖像，結合歐姆定律有RY＝ Ω≈1.92 Ω。
(4)根據電阻定律R＝ρ，
可得ρ＝，
兩種材料的橫截面積近似相等，分別代入數據可知ρX>ρY。
答案：(1)2.450　(2)1　(3)1.92(1.90～1.94均可)　(4)大于
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