資源簡介

(共51張PPT)
第3章　恒定電流
第6節　科學測量：金屬絲的電阻率
核心素養：1.掌握測量金屬電阻率的原理和方法. 2.能夠應用伏安法測量電阻. 3.能 夠運用實驗器材進行實驗，能設計表格，會分析實驗數據，形成結論. 4.能獨立撰寫 實驗報告，能對實驗結果進行反思和分析誤差.
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研習任務一　實驗原理和操作
刻度尺　
螺旋測微器　
電流表　
滑動變阻器　
②伏安法測電阻
電流表的接法 內接法 外接法
電路
誤差分析
適用條件 R RA R RV
毫米刻度尺　
螺旋測微器　
研習　經典
[典例1]　在“測定金屬絲的電阻率”的實驗中：
（1）用螺旋測微器測量金屬絲的直徑，其示數如圖所示，則該金屬絲直徑的測量值d ＝ mm.
[解析]　?。?）螺旋測微器固定刻度示數為零，可動刻度示數為38.4×0.01 mm＝ 0.384 mm，故 d＝0.384 mm.
0.384（0.383～0.385均可）
（2）請根據如圖甲所示電路圖，用筆畫線代替導線將圖乙中的實驗器材連接起來， 并使滑動變阻器的滑片P置于b端時接通電路后的電流最小.
甲
乙
見解析圖
[解析]　　（2）接法如圖所示，
（3）若通過測量可知，金屬絲的長度為l，直徑為d，通過金屬絲的電流為I，對應金 屬絲兩端的電壓為U，由此可計算得出金屬絲的電阻率ρ＝ .（用題目所給字 母和通用數學符號表示）

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研習任務二　實驗數據處理、誤差分析與注意事項
電壓　
電流　
斜率　
2. 誤差分析
（1）電阻絲通電時溫度升高，使所測電阻率比常溫下電阻率略大.
（2）電阻絲長度及電阻絲直徑測量不準確.
（3）采用電流表外接法測量金屬絲的電阻，使測量值比真實值小.
3. 注意事項
（1）為了方便，應在金屬絲連入電路前測導線直徑，為了準確，應測量拉直懸空的 連入電路的金屬絲的有效長度，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.
研習　經典
[典例2]　在“測定金屬絲的電阻率”實驗中，所用測量儀器均已校準，待測金屬絲 接入電路部分的長度約為50 cm.
（1）用螺旋測微器測量金屬絲的直徑，其中某一次測量結果如圖所示，其讀數應 為 mm（該值接近多次測量的平均值）.
0.396（0.395～0.398均正確）
[解析]　（1）螺旋測微器的讀數為0＋39.6×0.01 mm＝0.396 mm.
（2）用伏安法測金屬絲的電阻Rx.實驗所用器材為電池組（3 V）、電流表、電壓 表、滑動變阻器R（0～20 Ω，額定電流2 A）、開關、導線若干.
某小組同學利用以上器材按照圖正確連接好電路，進行實驗測量，記錄數據如下：
次數 1 2 3 4 5 6 7
U/V 0.10 0.30 0.70 1.00 1.50 1.70 2.30
I/A 0.020 0.060 0.160 0.220 0.340 0.460 0.520
（3）這個小組的同學在坐標紙上建立U－I坐標系，如圖所示，圖中已標出了與測量 數據對應的4個坐標點.請在圖中標出第2、4、6次測量數據的坐標點，并描繪出U－I 圖線.由圖線得到金屬絲的阻值Rx＝ Ω（保留兩位有效數 字）.
見解析圖
4.4（4.3～4.7均可）
（3）圖線應過原點，選盡可能多的點連成一條直線，不在直線上的點均勻分布在直 線兩側，偏離較遠的點應舍去，如圖所示.
圖線的斜率表示金屬絲的電阻，因此金屬絲的電阻值Rx≈4.4 Ω.
（4）根據以上數據可以估算出金屬絲電阻率約為 .（π取3.14）
A. 1×10－2 Ω·m B. 1×10－3 Ω·m
C. 1×10－6 Ω·m D. 1×10－8 Ω·m
C
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研習任務三　實驗拓展與創新
研習　經典
[典例3]　某小組探究未知金屬絲的電阻率，根據實驗需要已選用了規格和量程合適 的器材，按照以下步驟開展實驗.
甲　 乙
丙
5.694（5.693～
5.695均可）
（2）按圖乙連接好電路進行測量，先將滑動變阻器R2的滑動片P置于a端；
（3）接著將單刀雙擲開關S1擲向1，調節滑動變阻器，得如圖丙電流表讀數 為 A，然后斷開S2；
（4）電阻箱R1的阻值調至較大，將單刀雙擲開關S1擲向2，保持滑動變阻器滑片位置 不變，閉合開關S2，調電阻箱使得電流表讀數逐漸增大到上一步讀數，記錄電阻箱讀 數為R；
0.28
（5）金屬絲的電阻值為 ，若金屬絲直徑用d表示，金屬絲長度用x表示，則金屬 絲電阻率為 .（兩空均用字母寫出表達式）
R

甲　 乙
丙
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課后提素養
1. 在“測量金屬絲的電阻率”的實驗中，某同學用毫米刻度尺測量接入電路中的被 測金屬絲的有效長度，測量3次，求出其平均值L，用螺旋測微器測量金屬絲的直徑， 選不同的位置測量3次，求出其平均值d.
（1）采用如圖甲所示的電路測量金屬絲的電阻.電阻的測量值比真實值 （填 “偏大”或“偏小”）.
甲
偏小
（2）已知被測金屬絲的電阻約為5 Ω，實驗所用電源的電壓為3 V，電流表內阻約為 0.1 Ω，電壓表內阻約為15 kΩ.請你根據電路圖在圖乙中進行實物連線.
乙
見解析圖
解析：（2）由于電源電壓為3 V，所以電壓表選擇0～3 V量程，被測金屬絲的 電阻約為5 Ω，流過金屬絲的最大電流約為0.6 A，所以電流表選0～0.6 A量 程，連線如圖所示.
（3）若測出金屬絲的電阻為R，則金屬絲的電阻率ρ＝ .

2. 一根細長均勻的金屬管線樣品，長約60 cm，電阻大約6 Ω，截面圖如圖甲所示.
甲
（1）用螺旋測微器測量金屬管線的外徑，示數如圖乙所示，金屬管線的外徑 為 mm.
乙
1.125（1.124～1.126均可）
解析：（1）螺旋測微器固定刻度示數為1.0 mm，可動刻度示數為12.5×0.01 mm＝ 0.125 mm，故金屬管線的外徑d＝（1.0＋0.125） mm＝1.125 mm.
（2）實驗室有如下器材：
A. 電流表（量程0.6 A，內阻約0.1 Ω）
B. 電流表（量程3 A，內阻約0.03 Ω）
C. 電壓表（量程3 V，內阻約3 kΩ）
D. 滑動變阻器（1 750 Ω，0.3 A）
E. 滑動變阻器（15 Ω，3 A）
F. 蓄電池（電壓為6 V）
G. 開關一個，帶夾子的導線若干
要進一步精確測量金屬管線樣品的阻值，電流表應選 ，滑動變阻器應選 . （只填代號字母）
A
E
（3）將如圖丙所示的實物電路補充完整.
丙
如圖所示
管線長度L
第*頁
課時作業
[基礎訓練]
1. 某同學要測量一新材料制成的圓柱形均勻電阻絲的電阻率ρ，步驟如下：
甲　　　　　　　　乙
丙
（1）用游標為20分度的游標卡尺測量其長度如圖甲所示，由圖甲可知其長度L ＝ mm.
解析：（1）由圖甲所示可知，游標卡尺主尺示數為13 mm，游標尺示數為15×0.05 mm＝0.75 mm，游標卡尺示數為13 mm＋0.75 mm＝13.75 mm.
13.75　
1
2
3
4
5
（2）用螺旋測微器測量其直徑如圖乙所示，由圖乙可知其直徑D＝ mm.
解析：（2）由圖乙所示可知，螺旋測微器固定刻度示數為0.5 mm，可動刻度示數為 45.0×0.01 mm＝0.450 mm，螺旋測微器示數為0.5 mm＋0.450 mm＝0.950 mm.
（3）用多用電表的電阻“×10擋”，按正確的操作步驟粗測此電阻絲的電阻，表盤 的示數如圖丙所示，則其阻值約為R0＝ Ω.
解析：（3）用多用電表的電阻“×10”擋，由圖丙所示可知，電阻阻值為11×10 Ω ＝110 Ω.
0.950　
110　
甲　　　　　　　　乙
丙
1
2
3
4
5

甲　　　　　　　　乙
丙
1
2
3
4
5
2. 在“測定金屬的電阻率”的實驗中，
（1）某同學用螺旋測微器測金屬絲直徑時，測得結果如圖甲所示，則該金屬絲的直 徑為 mm.
解析：（1）螺旋測微器的讀數為d＝2.5 mm＋43.5×0.01 mm＝2.935 mm.
2.935　
甲　　　　　　　乙
1
2
3
4
5
（2）用量程為3 V的電壓表和量程為0.6 A的電流表測金屬絲的電壓和電流時的讀數 如圖乙所示，則電壓表的讀數為 V，電流表的讀數為 A.
解析：（2）因電壓表的每小格讀數為0.1 V，所以應估讀到0.01 V，所以電壓表的 讀數為U＝2.60 V；同理，電流表的每小 格讀數為0.02 A，應估讀到0.01 A，所以 電流表的讀數為I＝0.52 A.
2.60　
0.52　
甲　　　　　　　乙
1
2
3
4
5
（3）用米尺測量金屬絲的長度L＝0.810 m.利用以上測量數據，可得這種材料的電阻 率為 Ω·m（保留兩位有效數字）.
4.2×10－5　
甲　　　　　　　乙
1
2
3
4
5
3. 某同學欲測量一段金屬絲Rx的電阻率，待測金屬絲粗細均勻，阻值約為100 Ω.備選 器材如下：
A. 量程為0～50 mA、內阻約為50 Ω的電流表
B. 量程為0～0.6 A、內阻約為0.2 Ω的電流表
C. 量程為0～5 V、內阻約為15 kΩ的電壓表
D. 最大阻值為10 Ω、額定電流為2 A的滑動變阻器R
E. 電動勢為E＝5 V、內阻很小的直流電源
F. 開關一個，導線若干
G. 螺旋測微器，刻度尺
1
2
3
4
5
（1）該同學用螺旋測微器測量待測金屬絲的直徑D如圖所示，則螺旋測微器的讀數 為 mm.
解析：（1）螺旋測微器讀數5.5 mm＋0.400 mm＝5.900 mm.
（2）為了盡可能精確地測量該金屬絲的電阻率，電流表應選用 （填“A”或 “B”）.
5.900（±0.001）
A
1
2
3
4
5
（3）為了盡可能精確地測量該金屬絲的電阻，下列電路圖正確的是 （填正確 答案標號）.
A
B
B
C
D
1
2
3
4
5

1
2
3
4
5
[能力提升]
4. （1）用伏安法測量約5 Ω左右的金屬絲的電阻率，實驗室備有下列器材可供 選擇：
A. 電壓表（量程0～3 V，內阻約15 kΩ）
B. 電壓表（量程0～15 V，內阻約75 kΩ）
C. 電流表（量程0～3 A，內阻約0.2 Ω）
D. 電流表（量程0～0.6 A，內阻約1 Ω）
E. 滑動變阻器R1（0～20 Ω，0.6 A）
F. 滑動變阻器R2（0～2 000 Ω，0.6 A）
G. 電池組E（電動勢3 V）
H. 開關S，導線若干
為了能測得多組實驗數據，并盡可能提高測量精度，電壓表應選用 ，電流表應 選用 ，滑動變阻器應選用 .（填寫器材前面的字母）
A
D
E
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
（2）某興趣小組用電流表內接法和外接法分別測量了一段2B鉛筆芯的多組電流I和電 壓U的數值，并分別描繪了U－I圖像，如圖甲所示.其中，用電流表外接法得到的是 用 （填“實線”或“虛線”）表示的圖像，并由此得到這段鉛筆芯的電阻值 為 Ω.（保留兩位有效數字）
虛線
3.1
圖甲
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
圖乙

1
2
3
4
5
（4）圖丙中已經根據圖乙電路連接了部分導線，滑動變阻器的滑片P置于變阻器的最 左端.請完成實物間的連線.
圖丙
圖見解析
解析：（4）根據圖乙電路圖，實物連線如圖所示
1
2
3
4
5
5. 某同學通過實驗測定一個阻值約為20 Ω的電阻Rx的阻值.
（1）現有電源（12 V，內阻忽略不計）、滑動變阻器（0～50 Ω，額定電流2 A）、 開關和導線若干，以及下列電表：
A. 電流表（0～3 A，內阻約0.01 Ω）
B. 電流表（0～0.6 A，內阻約0.05 Ω）
C. 電壓表（0～3 V，內阻約600 Ω）
D. 電壓表（0～15 V，內阻約3 kΩ）
為減小測量誤差，在實驗中，電流表應選用 ，電壓表應選用 （選填器材 前的字母）；實驗電路應采用圖中的 　　　?。ㄟx填“甲”或“乙”）.
B
D
乙
甲　　 乙
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
（2）實驗中記錄電表示數如圖所示，可得該電阻的測量值Rx＝ Ω.（保留三 位有效數字）
　　
19.3
1
2
3
4
5
（3）本實驗中選用電路產生系統誤差的主要原因是 .
A. 電流表的分流作用
B. 電流表的分壓作用
C. 電壓表的分流作用
D. 電壓表的分壓作用
B
（3）本實驗中選用電路為電流表內接法，產生系統誤差的主要原因是電流表的分壓 作用，故A、C、D錯誤，B正確；故選B.
1
2
3
4
5

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