新课标高中物理选修实验 测定金属的电阻率课件

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图2
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(2)用途：测量厚度、长度、深度、内径、外径。
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(3)原理：利用主尺的最小分度与游标尺的最小分度的差值制成。 不管游标尺上有多少个小等分刻度，它的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。常见的游标尺上小等分刻度有10个、20个、50个的，其规格 见下表：
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解析 (1)圆柱体的直径为1.5 mm＋34.2×0.01 mm＝1.842 mm；长度为42 mm＋
8×0.05 mm＝42.40 mm＝4.240 cm。
(2)由欧姆定律 R＝UI 和电阻定律 R＝ρSL，
联立得 ρ＝RLS＝UILS＝π4DI2LU。 答案 (1)1.842(1.841～1.844 均可)
刻度格数 (分度) 10 20 50
刻度总长度 1 mm与每小格的差值
9 mm 19 mm 49 mm
0.1 mm 0.05 mm 0.02 mm
精确度 (可精确到)
0.1 mm 0.05 mm 0.02 mm
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(4)读数：若用x表示从主尺上读出的整毫米数，K表示从游标尺上读出与主尺上某 一刻度线对齐的游标的格数，则记录结果表示为(x＋K×精确度) mm。
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(3)如图甲所示
甲
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(4)选尽可能多的点连成一条直线，不在直线上的点均匀分布在直线两侧，如图乙 所示。
乙
图线的斜率反映了金属丝的电阻，因此金属丝的电阻值 Rx＝ΔΔUI ≈4.4 Ω。
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(5) 根 据
R
＝
ρ
l S
得
金
属
丝
的
电
阻
率
ρ
＝
RS l
＝
πRd2 4l
升高而变化。
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[精典示例] 一、仪器读数和实验原理 [例1] 现有一合金制成的圆柱体。为测量该合金的电阻率，现用伏安法测量圆柱体
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4甲和乙所示。
图4
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(1)由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D、L、I、U表示的电阻率的关系式为ρ＝________。
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2.数据处理 电阻 R 的数值可用以下两种方法确定： (1)计算法：利用每次测量的 U、I 值分别由公式 R＝____计算出电阻，再求出 电阻的平均值作为测量结果。 (2)图象法：可建立 I－U 坐标系，将测量的 U、I 值描点作出图象，利用图象 的__斜__率__求出电阻 R。
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＝
3.14×4.4×（0.398×10－3）2 4×0.5
Ω·m≈1.09×10－6 Ω·m，故选项 C 正确。
答案 (1)0.398 (2)甲 (3)见解析图 (4)4.4 (5)C
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(1)实物连接时，注意导线不能相交叉，并且要注意闭合开关时，分压电路的输出 端电压要为零。 (2)对螺旋测微器进行读数时要注意：①以毫米为单位时，小数点后面要有三位有 效数字，特别是最后一位估读数字为零时，不能省略。②在读数时注意半毫米刻 度线是否已露出。
算出.由电阻定律 R＝______，得 ρ＝RlS＝πd42lR＝__________，求出电阻率。
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三、实验器材 螺旋测微器、____毫__米__刻__度__尺____、电压表、电流表、定值电阻、开关及导线、 被测金属丝、电池、__滑__动__变__阻__器___。
4.240
πD2U (2) 4IL
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二、实验过程和数据处理 [例2] 在“测定金属的电阻率”实验中，所用测量仪器均已校准。待测金属丝接入电
路部分的长度约为50 cm。
图5
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(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径，其中某一次测量结果如图5所示，其读数应 为________ mm。 (2)用伏安法测金属丝的电阻Rx。实验所用器材为电池组(电动势3 V，内阻约1 Ω)、 电流表(内阻约0.1 Ω)、电压表(内阻约3 kΩ)、滑动变阻器R(0～20 Ω，额定电流2 A)、开关、导线若干。
图6
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(3)图7是测量Rx的实验器材实物图，图中已连接了部分导线，滑动变阻器的滑片P 置于变阻器的一端。请根据(2)所选的电路图，补充完成图中实物间的连线，并使 闭合开关的瞬间，电压表或电流表不至于被烧坏。
图7
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(4)这个小组的同学在坐标纸上建立U、I坐标系，如图8所示，图中已标出了与测 量数据对应的4个坐标点。请在图中标出第2、4、6次测量数据的坐标点，并描绘 出U－I图线。由图线得到金属丝的阻值Rx＝________ Ω(保留两位有效数字)。
图3
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(4)求电阻：把滑动变阻器的滑动触头调节到使接入电路中的电阻值最_大___的位置， 电路经检查确认无误后，闭合开关S。改变滑动变阻器滑动触头的位置，读出几组 相应的电流表、电压表的示数I和U的值，记入表格内，断开开关S。 (5)拆除实验电路，整理好实验器材。
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二、实验原理
U
1.把金属丝接入电路中，用伏安法测金属丝的电阻R(R＝__I_ )。由于金属丝的电阻
较小，选择电流表__外___接法；由于不要求电压必须从0开始调节，所以一般可
以选择滑动变阻器____限__流__式_______接法。实验电路原理图如图所示。
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2.用___毫__米__刻__度__尺___测出金属丝的长度l，用__螺__旋__测__微__器____测出金属丝的直径d，
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四、实验过程 1.实验步骤
(1)测直径：用___螺__旋__测__微__器___在被测金属丝上三个不同位置各测一次直径，并 记录。 (2)量长度：用___毫__米__刻__度__尺_____测量接入电路中的被测金属丝的有效长度，反 复测量3次，并记录。
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(3)连电路：按如图3所示的电路图连接实验电路。
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(3)读数：①测量时被测物体长度的半毫米数由____固__定_____刻度读出，不足半毫 米部分由____可__动_____刻度读出。 ②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_.0_1___ (mm)。
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2.游标卡尺的原理及读数方法 (1)构造：主尺、游标尺(主尺和游标尺上各有一个内、外测量爪)、游标卡尺上 还有一个深度尺。(如图2所示)
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五、注意事项 1.因一般金属丝电阻较小，为了减少实验的系统误差，必须选择电流表__外__接___法。 2.本实验若用限流式接法，在接通电源之前应将滑动变阻器调到阻值最_大___状态。 3.测量l时应测接入电路中的金属丝的有效长度(即两接线柱之间的长度)；在金属
丝的3个不同位置上用_螺__旋__测__微__器___测量直径d。 4.电流不宜过大(电流表用0～0.6 A量程)，通电时间不宜太长，以免电阻率因温度
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某小组同学利用以上器材正确连接好电路，进行实验测量，记录数据如下：
次数
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
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由以上实验数据可知，他们测量Rx是采用图6中的________图(选填“甲”或“乙”)。
图8
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(5)根据以上数据可以估算出金属丝电阻率约为________(填选项前的符号)。
A.1×10－2 Ω·m
B.1×10－3 Ω·m
C.1×10－6 Ω·m
D.1×10－8 Ω·m
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解析 (1)螺旋测微器的读数为0 mm＋39.8×0.01 mm＝0.398 mm。 (2)由实验记录的数据可知 Rx 的阻值大约为 5 Ω。由题知 Rx≪RV，故电流表Ⓐ外接。 若滑动变阻器接为限流式接法，则 Rx 两端的电压最小值 Umin＝20＋5＋5 1＋0.1E≈0.6 V，而从实验数据可知 Rx 两端电压为 0.10 V，因此滑动变阻器应采用分压式接法， 故采用甲图。
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实验 测定金属的电阻率
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一、螺旋测微器和游标卡尺的原理及读数方法 1.螺旋测微器的原理及读数方法
(1)构造：如图1所示，B为固定刻度，E为可动刻度。
图1
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(2)原理：测微螺杆F与固定刻度B之间的精密螺纹的螺距为0.5 mm，即旋钮D每旋 转一周，F前进或后退__0_._5__mm，而可动刻度E上的刻度为50等份，每转动一小 格，F前进或后退__0_.0_1__mm，即螺旋测微器的精确度为__0_._0_1____mm。读数时估 读到毫米的千分位上，因此，螺旋测微器又叫千分尺。