2024版新教材高中物理第十一章電路及其應(yīng)用3.實(shí)驗(yàn)：導(dǎo)體電阻率的測量第2課時實(shí)驗(yàn)2金屬絲電阻率的測量學(xué)生用書新人教版必修第三冊

第2課時實(shí)驗(yàn)2金屬絲電阻率的測量核心素養(yǎng)定位科學(xué)思維掌握電流表、電壓表和滑動變阻器的使用方法．科學(xué)探究學(xué)會利用伏安法測電阻，進(jìn)一步測出金屬絲的電阻率．科學(xué)態(tài)度與責(zé)任通過使用游標(biāo)卡尺或螺旋測微器測量長度，以及測量電阻等過程，進(jìn)一步形成自覺遵守實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范和謹(jǐn)慎操作的習(xí)慣．1.實(shí)驗(yàn)思路可以用下圖的實(shí)驗(yàn)電路做此實(shí)驗(yàn)．取一段金屬電阻絲連接到實(shí)驗(yàn)電路中，只要測出電阻絲的________、________和________(S＝πd24)，就可以計算出該電阻絲所用材料的電阻率，即ρ＝SR2．物理量的測量(1)電阻的測量：按實(shí)驗(yàn)電路圖連接實(shí)物電路．改變____________滑片的位置，讀取多組________、________，通過________圖像求得電阻R.(2)電阻絲有效長度的測量：電阻絲長度的測量工具應(yīng)選用________．需要注意，在測量電阻絲的長度時，測量的并不是電阻絲的總長度，而是接入電路的____________．反復(fù)測量多次，得到有效長度的________．(3)電阻絲直徑的測量：因?yàn)殡娮杞z比較細(xì)，所以直接用________測量就會產(chǎn)生比較大的誤差．應(yīng)選擇游標(biāo)卡尺或螺旋測微器．3．?dāng)?shù)據(jù)分析(1)在求Rx的平均值時可用兩種方法：①用Rx＝UI②用U-I圖線的斜率求電阻值．(2)計算電阻率：將記錄的數(shù)據(jù)U、I、l、d的值代入電阻率計算式ρ＝πd4．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，因此不宜長時間給電阻絲通電．(2)電阻絲長度及電阻絲直徑測量不準(zhǔn)確．目標(biāo)一電流表和電壓表的讀數(shù)【歸納】——————————————————○1．0～3V量程的電壓表和0～3A量程的電流表讀數(shù)方法相同，此量程下的精確度分別是0.1V和0.1A，讀到0.1的下一位，即讀到小數(shù)點(diǎn)后面兩位．2．對于0～15V量程的電壓表，精確度是0.5V，在讀數(shù)時只要求讀到小數(shù)點(diǎn)后面一位，即讀到0.1V．3．對于0～0.6A量程的電流表，精確度是0.02A，在讀數(shù)時只要求讀到小數(shù)點(diǎn)后面兩位，這時要求“半格估讀”，即讀到最小刻度的一半0.01A．【典例】——————————————————○例1(1)如圖甲所示是學(xué)生實(shí)驗(yàn)用的有兩個量程的電流表刻度盤，當(dāng)用“－”和“0.6”兩接線柱時，能測量的最大電流是________A，對應(yīng)刻度盤上的每一小格代表________A，圖甲所示示數(shù)為________A；當(dāng)使用電流表的“－”和“3”兩接線柱時，對應(yīng)刻度盤上的每一小格代表________A，圖甲所示示數(shù)為________A.(2)圖乙為學(xué)生實(shí)驗(yàn)用的有兩個量程的電壓表刻度盤，當(dāng)使用較小量程時，測量電壓的最大值不得超過________V，對應(yīng)刻度盤上的每一小格表示________V，圖乙所示示數(shù)為________V；若使用的是較大量程時，則對應(yīng)刻度盤上的每一小格表示________V，圖乙所示示數(shù)為________V．[訓(xùn)練1]請完成下列各表的讀數(shù)，把答案填在圖下的橫線上．(1)量程為0～3V和0～3A的電表．(2)量程為0～15V的電壓表讀數(shù)．(3)量程為0～0.6A的電流表讀數(shù)．目標(biāo)二測定金屬絲的電阻率【歸納】——————————————————○1．測量電路(1)電流表外接法，如圖所示．由于電壓表的分流，電流表測量的電流值偏大，測得的電阻值偏小，適用于測量小電阻．(2)電流表內(nèi)接法，如圖所示．由于電流表的分壓，電壓表測量的電壓值偏大，測得的電阻值偏大，適用于測量大電阻．2．控制電路(1)滑動變阻器限流式接法，如圖所示．(2)滑動變阻器分壓式接法，如圖所示．【典例】——————————————————○例2(多選)如圖所示，用伏安法測電阻時()A．采用圖甲所示測量電路，誤差來源于電壓表分流，使電阻測量值小于真實(shí)值B．采用圖甲所示測量電路，誤差來源于電流表分壓，使電阻測量值大于真實(shí)值C．采用圖乙所示測量電路，誤差來源于電壓表分流，使電阻測量值小于真實(shí)值D．采用圖乙所示測量電路，誤差來源于電流表分壓，使電阻測量值大于真實(shí)值例3在“測量金屬絲的電阻率”的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)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(shí)值________(選填“偏大”或“偏小”)．(2)已知被測金屬絲的電阻約為5Ω，實(shí)驗(yàn)所用電源的電壓為3V，電流表內(nèi)阻約為0.1Ω，電壓表內(nèi)阻約為15kΩ.請你根據(jù)電路圖在圖乙中進(jìn)行實(shí)物連線．(3)若測出金屬絲的電阻為R，則金屬絲的電阻率ρ＝________(用題中字母表示)．思維提升連接實(shí)物圖時應(yīng)注意以下幾點(diǎn)(1)從電源正極出發(fā)，經(jīng)過用電器、開關(guān)等元件，回到電源負(fù)極．(2)遇到復(fù)雜的電路圖，先按照簡單的串聯(lián)或并聯(lián)的畫法一點(diǎn)一點(diǎn)分解．(3)要注意導(dǎo)線不能交叉．(4)注意電流表和電壓表的區(qū)別．(5)畫完電路圖后，按照從正極出發(fā)的方向走一遍，看是否正確．(6)重點(diǎn)注意電流要從正接線柱流入電表，從負(fù)接線柱流出電表．(7)注意電路是否會短路．[訓(xùn)練2]在測定金屬絲電阻率的實(shí)驗(yàn)中：(1)如圖甲所示，用50分度游標(biāo)卡尺測量待測金屬絲的直徑，其示數(shù)是________mm.(2)按圖乙所示的電路圖在圖丙中用筆畫線代替導(dǎo)線，補(bǔ)充連接實(shí)物電路示意圖．[訓(xùn)練3]利用螺旋測微器、米尺和圖甲所示的器材(其中電流表的內(nèi)阻約為1Ω，電壓表的內(nèi)阻約為5kΩ)測量一根粗細(xì)均勻的阻值約為5Ω的金屬絲的電阻率．(1)用筆畫線代替導(dǎo)線，將圖甲中的器材連接成實(shí)物電路，要求連線不能交叉，電流表、電壓表選擇合適的量程(已知電源電壓為6V，滑動變阻器的阻值為0～20Ω)．(2)實(shí)驗(yàn)時，用螺旋測微器測量金屬絲的直徑和用米尺測量金屬絲的長度的示數(shù)如圖乙所示，電流表、電壓表的讀數(shù)如圖丙所示．則金屬絲兩端的電壓U＝________，電流I＝________，金屬絲的長度l＝________，直徑d＝________．(3)該金屬絲的電阻率是__________________(保留兩位有效數(shù)字)．1．(1)如圖所示，螺旋測微器的讀數(shù)為________mm，游標(biāo)卡尺的讀數(shù)為________mm；(2)電壓表接0～3V量程，電壓表的讀數(shù)為________V；(3)電流表接0～0.6A量程，電流表的讀數(shù)為________A.2．在“測定金屬絲電阻率”的實(shí)驗(yàn)中，需要測出金屬絲的長度L、直徑d和電阻R.(1)用螺旋測微器測金屬絲直徑時，讀數(shù)如圖甲所示，則金屬絲的直徑為________mm.(2)若用圖乙電路測金屬絲的電阻，則測量結(jié)果將比真實(shí)值________(選填“偏大”或“偏小”)．(3)用電壓表和電流表測金屬絲兩端的電壓和電流時，讀數(shù)分別如圖丙、丁所示，則電壓表的讀數(shù)為________V，電流表的讀數(shù)為________A．3．(1)某實(shí)驗(yàn)小組在“測定金屬電阻率”的實(shí)驗(yàn)過程中，正確操作獲得金屬絲的直徑以及電流表、電壓表的讀數(shù)如圖甲、乙、丙所示，(已知電流表選0.6A量程，電壓表選3V量程)．則它們的讀數(shù)值依次是________mm、________A、________V.(2)已知實(shí)驗(yàn)中所用的電流表內(nèi)阻約幾歐，電壓表內(nèi)阻約20kΩ，則本實(shí)驗(yàn)電路應(yīng)當(dāng)采用圖丁中的________(選填“A”或“B”)，用此電路測量的金屬絲電阻比真實(shí)值偏________(選填“大”或“小”)．(3)若測得電流為I、電壓為U，金屬絲的長度為L，直徑為d，則該金屬絲的電阻率ρ＝________(用題中字母代號表示)．4．在“金屬絲電阻率的測量”的實(shí)驗(yàn)中，待測金屬絲的電阻Rx約為5Ω，實(shí)驗(yàn)室備有下列實(shí)驗(yàn)器材．A．電壓表(量程0～3V，內(nèi)阻約為15kΩ)；B．電壓表(量程0～15V，內(nèi)阻約為75kΩ)；C．電流表(量程0～3A，內(nèi)阻約為0.2Ω)；D．電流表(量程0～0.6A，內(nèi)阻約為1Ω)；E．滑動變阻器R1(0～10Ω，0.6A)；F．滑動變阻器R2(0～2000Ω，0.1A)；G．電池組E(3V)；H．開關(guān)S，導(dǎo)線若干．(1)為減小實(shí)驗(yàn)誤差，應(yīng)選用的實(shí)驗(yàn)器材有________(填器材前面的序號)．(2)為減小實(shí)驗(yàn)誤差，本實(shí)驗(yàn)采用的電路圖如圖甲所示．請把圖乙中的實(shí)物圖用線連接起來．(3)若用毫米刻度尺測得金屬絲長度為60.00cm，用螺旋測微器測得金屬絲的直徑及兩電表的示數(shù)如圖丙所示，則金屬絲的直徑為________mm，電阻值為________Ω.5．用伏安法測量電阻R的阻值，進(jìn)而求出電阻率ρ，某實(shí)驗(yàn)小組測出了6組電壓、電流值，并在U-I圖像中進(jìn)行描點(diǎn)，如圖所示．(1)根據(jù)圖像中描點(diǎn)情況，寫出分析數(shù)據(jù)求解R值的步驟：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________.(2)求出的電阻值R＝________Ω.(保留三位有效數(shù)字)(3)待測電阻是由均勻材料制成的圓柱體，用50分度的游標(biāo)卡尺測量其長度與直徑，結(jié)果分別如圖甲、乙所示．由圖可知其長度為________cm，直徑為________cm.(4)由以上數(shù)據(jù)可求出ρ＝________．(保留一位有效數(shù)字)第2課時實(shí)驗(yàn)2金屬絲電阻率的測量導(dǎo)學(xué)掌握必備知識1．電阻R長度l直徑dπ2．(1)滑動變阻器電壓電流值U-I(2)刻度尺有效長度l平均值(3)刻度尺共研突破關(guān)鍵能力目標(biāo)一[例1]解析：(1)電流表和電壓表的接線柱上的數(shù)字表示其量程．當(dāng)使用電流表的“－”和“0.6”兩接線柱時，能測量的最大電流是0.6A，對應(yīng)刻度盤上的每一小格代表0.630A＝0.02A，電流表示數(shù)為17×0.02A＝0.34A；當(dāng)使用電流表的“－”和“3”兩接線柱時，對應(yīng)刻度盤上的每一小格代表330A＝0.1A，電流表示數(shù)為17.0×0.1A(2)電壓表的較小量程為3V，所以測量電壓的最大值不得超過3V，對應(yīng)刻度盤上的每一小格表示330V＝0.1V，電壓表示數(shù)為22.0×0.1V＝2.20V；若使用的是較大量程時，則對應(yīng)刻度盤上的每一小格表示1530V＝0.5V，電壓表示數(shù)為22×0.5V答案：(1)0.60.020.340.11.70(2)30.12.200.511.0[訓(xùn)練1]答案：(1)0.90V1.90A(2)10.0V10.5V(3)0.40A0.50A0.22A0.52A目標(biāo)二[例2]解析：題圖甲所示測量電路因電壓表分流，使電阻測量值小于真實(shí)值，題圖乙所示測量電路因電流表分壓，使電阻測量值大于真實(shí)值，選項(xiàng)A、D正確．答案：AD[例3]解析：(1)電阻的測量值R測＝U測I測，U測為真實(shí)值，而I測因電壓表的分流作用比真實(shí)值偏大，所以(2)由于電源電壓為3V，所以電壓表選擇0～3V量程，被測金屬絲的電阻約為5Ω，流過金屬絲的最大電流約為0.6A，所以電流表選0～0.6A量程，連線如圖所示．(3)由公式ρ＝RSL和S＝πd24，可得金屬絲的電阻率答案：(1)偏小(2)圖見解析(3)π[訓(xùn)練2]解析：(1)由題圖甲所示游標(biāo)卡尺可知，其示數(shù)為0mm＋26×0.02mm＝0.52mm.(2)根據(jù)題圖乙所示電路圖連接實(shí)物電路圖，實(shí)物電路圖如圖所示．答案：(1)0.52(2)圖見解析[訓(xùn)練3]解析：(1)由于金屬絲的電阻比電壓表的內(nèi)阻小得多，因此采用電流表外接法；由于金屬絲的電阻比滑動變阻器的總電阻要小，因此采用限流式接法．為了保證滑動變阻器起限流作用，滑動變阻器應(yīng)該連接“A(B)、C”或“A(B)、D”幾個接線柱，具體連線如圖所示．(2)由圖可以看出，電壓表的量程是0～3V，所以讀數(shù)是2.20V；電流表的量程是0～0.6A，所以讀數(shù)是0.44A；由于螺旋測微器的半毫米刻度線已經(jīng)露出，因此讀數(shù)是1.850×10－3m；米尺的讀數(shù)是40.50cm－10.00cm＝30.50cm.(3)由電阻定律得ρ＝RSl＝Uπd24Il＝2.20×3.14×1.850×答案：(1)圖見解析(2)2.20V0.44A30.50cm1.850×10－3m(3)4.4×10－5Ω·m精練落實(shí)學(xué)科素養(yǎng)1．解析：(1)由題圖所示螺旋測微器可知，其示數(shù)為6mm＋12.2×0.01mm＝6.122mm.由題圖所示游標(biāo)卡尺可知，游標(biāo)尺為20分度，精度為0.05mm，故其示數(shù)為50mm＋17×0.05mm＝50.85mm.(2)電壓表量程為3V，由題圖所示電壓表可知，其分度值為0.1V，示數(shù)為2.15V.(3)電流表量程為0.6A，由題圖所示表盤可知，其分度值為0.02A，示數(shù)為0.16A.答案：(1)6.122(6.121～6.124)50.85(2)2.15(2.14～2.16)(3)0.162．解析：(1)螺旋測微器的讀數(shù)為d＝0.5mm＋19.5×0.01mm＝0.695mm.(2)題圖乙電流表采用外接法，電流測量值偏大，故電阻測量值偏小．(3)電壓表的最小分度值為0.1V，其讀數(shù)為2.60V；電流表的最小分度值為0.02A，其讀數(shù)為0.52A.答案：(1)0.695(2)偏小(3)2.600.523．解析：(1)螺旋測微器的讀數(shù)為d＝0.5mm＋2.6×0.01mm＝0.526mm；電流表的讀數(shù)為I＝0.42A；電壓表的讀數(shù)為U＝2.20V.(2)根據(jù)題意，待測電阻阻值遠(yuǎn)小于電壓表內(nèi)阻，故電流表應(yīng)用外接法，故電路圖A為應(yīng)采用的最佳電路．此電路中，由于電壓表的分流作用，故測量的金屬絲電