名师导学高考物理总复习第八章第4节实验：测定金属丝的电阻率教学案新人教版

名师导学高考物理总复习第八章第4节实验：测定金属丝

的电阻率教学案新人教版

第4节 实验：测定金属丝的电阻率

夯实基础 【p 139】

一、实验目的

1．掌握螺旋测微器的原理及读数方法．

2．掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法及电流表和电压表的读数方法．

3．会用伏安法测金属的电阻率．

二、实验原理

把电阻丝连入如图所示的电路，用电压表测其两端电压，用电流表测电流，根据R x ＝U I

计算金属丝的电阻R x ，然后用米尺测量金属丝的有效长度l ，用螺旋测微器测量金属丝的直径d ，计算出金属丝的横截面积S ，根据电阻定律计算出电阻率．

三、实验器材

毫米刻度尺、螺旋测微器、直流电压表和直流电流表、滑动变阻器、电池、开关及连接导线、金属电阻丝．

四、实验步骤

1．测直径：用螺旋测微器在导线的三个不同位置上各测一次，取直径d 的平均值．

2．测长度：将金属丝两端固定在接线柱上悬空拉直，用毫米刻度尺测量接入电路的金属丝长度L(即有效长度)，反复测量三次，求出L 的平均值．

3．连电路：按照电路图用导线把器材连好，并把滑动变阻器的阻值调至最大．

4．测电阻：电路经检查无误后，闭合开关S ，改变滑动变阻器滑片的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I 和U 的值，记录在表格内，断开开关S ，求出电阻R 的平均值．

5．算电阻率：将测得的R 、L 、d 的值代入电阻率计算公式ρ＝R S L ＝πd 2

R 4L

中，计算出金属丝的电阻率．或利用U －I 图线的斜率求出电阻R ，代入公式ρ＝R S L

计算电阻率． 6．整理：拆去实验线路，整理好实验器材．

五、注意事项

1．金属丝的长度，应该是在连入电路之后再测量，测量的是接入电路部分的长度，并且要在拉直之后再测量．

2．用螺旋测微器测直径时应选三个不同的部位测三次，再取平均值．

3．接通电源的时间不能过长，通过电阻丝的电流强度不能过大，否则金属丝将因发热而温度升高，这样会导致电阻率变大，从而造成误差．

4．要恰当选择电流表、电压表的量程，调节滑动变阻器的阻值时，应注意同时观察两表的读数，尽量使两表的指针偏转较大，以减小读数误差．

5．伏安法测电阻是这个实验的中心内容，测量时根据不同情况，根据所给器材采用限流式电路还是分压式电路做出正确选择．由于用到的电阻丝阻值较小，因此一般使用电流表外接法．

六、误差分析

1．金属丝直径、长度的测量带来误差．

2．测量电路中电流表及电压表对电阻测量的影响，因为电流表外接，所以R 测

可知ρ测<ρ真． 3．通电电流过大，时间过长，致使电阻丝发热，电阻率随之变化带来误差．

考点1 仪器的选取及电路设计 【p 139】

考点突破

例1在某次实验大赛中，需要设计一电路来测量“金属丝的电阻率”，提供的器材如下表所示：实验要求方法简捷，且尽可能提高测量精度. 序号

器材 说明 ①

金属丝(L) 长度为L 0，直径为D ，阻值约10 Ω ②

电流表(A 1) 量程0～10 mA ，内阻r 1＝30 Ω ③

电流表(A 2) 量程0～500 μA ，内阻r 2＝800 Ω ④

电压表(V) 量程为0～10 V ，内阻为10 k Ω ⑤

电阻(R 1) 阻值为100 Ω，起保护作用 ⑥

滑动变阻器(R 2) 总阻值约10 Ω ⑦

电源(E) 电动势1.5 V ，内阻很小 ⑧

开关(S) ⑨

导线若干

(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图甲所示，读数为________ mm.

(2)该同学设计了如图乙所示的电路，并测得金属丝直径D ，长度为L 0，假设电压表示数为U ，电流表示数为I ，则该金属丝的电阻率的表达式为：ρ＝________．

(3)实验时，该同学发现自己设计的电路无法实现要求，请你帮他设计电路，除了序号为①⑥⑦⑧⑨的器材外，还需要的器材为________(填写序号)，请在方框中画出你所设计的实验电路图．

【解析】(1)根据螺旋测微器的读数规则，测量金属丝的直径读数为0.400 mm.

(2)由欧姆定律知金属丝电阻R ＝U I ，则电阻定律，R ＝ρL 0S ，S ＝π(D 2

)2，联立解得该金属丝的电阻率的表达式为：ρ＝πUD 2

4IL 0.

(3)由于电压表量程太大，故电压表不可用．又两电流表满偏时，两侧电压过低，分析可知电阻R 1应用于限流，将金属丝与电流表A 1串联后再与电流表A 2并联，由并联电路电压相等即可求出金属丝的电阻，除了序号为①⑥⑦⑧⑨的器材外，还需要的器材为②③⑤.

【答案】(1)0.400 (2)πUD 2

4IL 0

(3)②③⑤ 电路图见解析 【小结】对电学实验器材的选择一般分两步考虑，首先要根据实验的要求设计好测量电路，选择必要的相应的器材时要着重考虑准确性；然后设计供电电路，此时选择相应的器材时要着重考虑安全性．

电学实验器材选择的原则

(1)准确性原则：选用电表量程时应考虑尽可能减小测量值的相对误差，电压表、电流表

在使用时尽可能使指针接近满量程，若指针偏转不到满偏角度的13

，读数误差较大． (2)安全性原则：通过电源，电表，滑动变阻器，用电器的电流不能超过其允许的最大电流．

(3)便于操作原则：选择控制电路时，既要考虑供电电压的变化范围是否满足实验要求，又要注意便于操作．若控制电路为限流接法，则选滑动变阻器总阻值与待测电阻相当的；若控制电路为分压接法，则选滑动变阻器总阻值较小的(在不超过其额定电流的情况下)． 针对训练

1．在测量金属丝电阻率的实验中，可供选用的器材如下：

待测金属丝：R x (阻值约4 Ω，额定电流约0.5 A)；

电压表：V(量程0～3 V ，内阻约3 k Ω)；

电流表：A 1(量程0～0.6 A ，内阻约0.2 Ω)；

电流表：A 2(量程0～3 A ，内阻约0.05 Ω)；

电源：E 1(电动势3 V ，内阻不计)；

电源：E 2(电动势12 V ，内阻不计)；

滑动变阻器：R(最大阻值约20 Ω)；

螺旋测微器；毫米刻度尺；开关S ；导线．

(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图所示，读数为__1.771(1.770～1.773均正确)__mm.