人教版（2019）高中物理必修3-11.3 實(shí)驗(yàn)：導(dǎo)體電阻率的測(cè)量-教案

實(shí)驗(yàn)：導(dǎo)體電阻率的測(cè)量

【教學(xué)目標(biāo)】

1．掌握電流表、電壓表和滑動(dòng)變阻器的使用方法。

2．掌握螺旋測(cè)微器的使用方法和讀數(shù)方法。

3．學(xué)會(huì)利用伏安法測(cè)電阻，進(jìn)一步測(cè)出金屬絲的電阻率。

【教學(xué)重難點(diǎn)】

1．掌握螺旋測(cè)微器的使用方法和讀數(shù)方法。

2．學(xué)會(huì)利用伏安法測(cè)電阻，進(jìn)一步測(cè)出金屬絲的電阻率。

【教學(xué)過(guò)程】

一、復(fù)習(xí)提問(wèn)、新課導(dǎo)入

教師：回顧上節(jié)課的內(nèi)容

1．電阻定律

?

．導(dǎo)體的電阻率

2?=??

??

反映材料導(dǎo)電性能?好=壞?的物理量。

【提問(wèn)】如何測(cè)量導(dǎo)體的電阻率？根據(jù)公式，需要測(cè)量哪些物理量？

學(xué)生回答：

①測(cè)量導(dǎo)體的長(zhǎng)度。

②測(cè)量導(dǎo)體的橫截面積。

③測(cè)量導(dǎo)體的電阻。

【提問(wèn)】這寫(xiě)物理量分別用哪些工具測(cè)量？怎樣測(cè)量？

①測(cè)量導(dǎo)體的長(zhǎng)度。（刻度尺）

②測(cè)量導(dǎo)體的橫截面積。（刻度尺、游標(biāo)卡尺、螺旋測(cè)微器）

③測(cè)量導(dǎo)體的電阻。（伏安法）

二、新課教學(xué)

（一）長(zhǎng)度的測(cè)量及測(cè)量工具的選用

1．游標(biāo)卡尺

（1）游標(biāo)卡尺結(jié)構(gòu)及使用方法介紹（圖片加flash動(dòng)畫(huà)）

（2）原理：利用主尺的最小分度與游標(biāo)尺的最小分度的差值制成。不管游標(biāo)尺上

有多少個(gè)小等分刻度，它的刻度部分的總長(zhǎng)度比主尺上的同樣多的小等分刻度少1mm。

（3）精度：對(duì)應(yīng)關(guān)系為10分度0.1mm，20分度0.05mm，50分度0.02mm。

（4）讀數(shù)方法：若用表示由主尺上讀出的整毫米數(shù)，表示從游標(biāo)尺上讀出與

主尺上某一刻線對(duì)齊的游標(biāo)?的?格數(shù)，則記錄結(jié)果表達(dá)為：（＋??×精度）mm。

2．游標(biāo)卡尺的使用????

讀數(shù)=主尺整mm值+精確度×游標(biāo)尺的對(duì)齊刻度數(shù)

（1）首先要弄清該尺的精度。

（2）接著從主尺上讀出整毫米數(shù)。

（3）再?gòu)挠螛?biāo)尺上讀出不足1毫米的長(zhǎng)度值。

（4）最后確定測(cè)量結(jié)果。

注意：不需估讀！

【練習(xí)】

1.游標(biāo)卡尺的主尺最小分度為_(kāi)_________，

圖1尺的精度是__________mm，讀數(shù)是__________mm；

圖2中的精度是__________mm，讀數(shù)是__________mm。

2.讀出以下各游標(biāo)尺的測(cè)量值

3.游標(biāo)卡尺讀數(shù)練習(xí)

3．螺旋測(cè)微器

（1）螺旋測(cè)微器結(jié)構(gòu)及使用方法介紹（圖片加flash動(dòng)畫(huà)）

（2）原理：測(cè)微螺桿與固定刻度之間的精密螺紋的螺距為0.5mm，即旋鈕

每旋轉(zhuǎn)一周，前進(jìn)或后退?0?.5mm，而可動(dòng)??刻度上的刻度為50等份，每轉(zhuǎn)動(dòng)一小格，??

前進(jìn)或后退0?.0?1mm，即螺旋測(cè)微器的精確度為??0.01mm。讀數(shù)時(shí)，估讀到毫米的千分??

位上，因此，螺旋測(cè)微器又叫千分尺。

（3）讀數(shù)方法：測(cè)量值（mm）＝固定刻度數(shù)（mm）（注意半毫米刻度線是否露

出）＋可動(dòng)刻度數(shù)（估讀一位）×0.01（mm）。

（4）使用方法

①測(cè)量時(shí)，在測(cè)微螺桿快靠近被測(cè)物體時(shí)應(yīng)停止使用旋鈕，而改用微調(diào)旋鈕，避免

產(chǎn)生過(guò)大的壓力，既可使測(cè)量結(jié)果精確，又能保護(hù)螺旋測(cè)微器。

②在讀數(shù)時(shí)，要注意固定刻度尺上表示半毫米的刻線是否已經(jīng)露出。

③讀數(shù)時(shí)，千分位有一位估讀數(shù)字，不能隨便扔掉，即使固定刻度的零點(diǎn)正好與可

動(dòng)刻度的某一刻度線對(duì)齊，千分位上也應(yīng)讀取為“0”。

④當(dāng)小砧和測(cè)微螺桿并攏時(shí)，可動(dòng)刻度的零點(diǎn)與固定刻度的零點(diǎn)不相重合，將出現(xiàn)

起點(diǎn)誤差，應(yīng)加以修正，即在最后測(cè)長(zhǎng)度的讀數(shù)上去掉起點(diǎn)誤差的數(shù)值。

4．螺旋測(cè)微器讀數(shù)練習(xí)

【練習(xí)】

1.某同學(xué)利用游標(biāo)卡尺和螺旋測(cè)微器分別測(cè)量一圓柱體工件的直徑和高度，測(cè)量結(jié)

果如圖(a)和(b)所示。該工件的直徑為_(kāi)_______cm，高度為_(kāi)_______mm。

2．某同學(xué)測(cè)定一金屬桿的長(zhǎng)度和直徑，示數(shù)如圖甲、乙所示，則該金屬桿的長(zhǎng)度

和直徑分別為_(kāi)_______cm和________mm。

（二）金屬絲電阻率的測(cè)量

1．實(shí)驗(yàn)原理

由電阻定律=/，得=/

2．物理量的??測(cè)?量?????????????

教師引導(dǎo)：結(jié)合前面所學(xué)的游標(biāo)卡尺及螺旋測(cè)微器，思考，還有其他方法測(cè)量金屬

絲的直徑嗎？

（1）總結(jié)出需要的實(shí)驗(yàn)器材：

被測(cè)金屬絲、螺旋測(cè)微器、毫米刻度尺、電池組、電流表、電壓表、滑動(dòng)變阻器、

開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線若干。

（2）實(shí)驗(yàn)步驟：

①直徑測(cè)定

用螺旋測(cè)微器在被測(cè)金屬導(dǎo)線上的三個(gè)不同位置各測(cè)一次直徑，求出其平均值，

計(jì)算出導(dǎo)線的橫截面積＝。?

2

??

②電路連接?4

按如圖所示的原理電路圖連接好用伏安法測(cè)電阻的實(shí)驗(yàn)電路。

③長(zhǎng)度測(cè)量

用毫米刻度尺測(cè)量接入電路中的被測(cè)金屬導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度，反復(fù)測(cè)量3次，求出其

平均值。

④?U、I測(cè)量

把滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)片調(diào)節(jié)到使接入電路中的電阻值最大的位置，電路經(jīng)檢查確認(rèn)

無(wú)誤后，閉合開(kāi)關(guān)S，改變滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)片的位置，讀出幾組相應(yīng)的電流表、電壓表

的示數(shù)I和U的值，記入表格內(nèi)，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S。

⑤拆去實(shí)驗(yàn)線路，整理好實(shí)驗(yàn)器材。

3．?dāng)?shù)據(jù)處理

（1）在求Rx的平均值時(shí)可用兩種方法

①用分別算出各次的數(shù)值，再取平均值。

?

???

②用=圖線的斜率求出。

（2）?計(jì)-?算電阻率

將記錄的數(shù)據(jù)x、、的值代入電阻率計(jì)算式。

Rld2

????

?=???=4??

4．誤差分析

（1）金屬絲的橫截面積是利用直徑計(jì)算而得，直徑的測(cè)量是產(chǎn)生誤差的主要來(lái)源

之一。

（2）采用伏安法測(cè)量金屬絲的電阻時(shí)，由于采用的是電流表外接法，測(cè)量值小于

真實(shí)值，使電阻率的測(cè)量值偏小。

（3）金屬絲的長(zhǎng)度測(cè)量、電流表和電壓表的讀數(shù)等會(huì)帶來(lái)偶然誤差。

（4）由于金屬絲通電后發(fā)熱升溫，會(huì)使金屬絲的電阻率變大，造成測(cè)量誤差。

5．注意事項(xiàng)

（1）本實(shí)驗(yàn)中被測(cè)金屬導(dǎo)線的電阻值較小，因此實(shí)驗(yàn)電路一般采用電流表外接法。

（2）實(shí)驗(yàn)連線時(shí)，應(yīng)先從電源的正極出發(fā)，依次將電源、開(kāi)關(guān)、電流表、待測(cè)金

屬導(dǎo)線、滑動(dòng)變阻器連成主干線路，然后再把電壓表并聯(lián)在待測(cè)金屬導(dǎo)線的兩端。

（3）測(cè)量被測(cè)金屬導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度，是指測(cè)量待測(cè)導(dǎo)線接入電路的兩個(gè)端點(diǎn)之間

的長(zhǎng)度，亦即電壓表兩端點(diǎn)間的待測(cè)導(dǎo)線長(zhǎng)度，測(cè)量時(shí)應(yīng)將導(dǎo)線拉直，反復(fù)測(cè)量三次，

求其平均值。

（4）測(cè)金屬導(dǎo)線直徑一定要選三個(gè)不同部位進(jìn)行測(cè)量，求其平均值。

（5）閉合開(kāi)關(guān)S之前，一定要使滑動(dòng)變阻器的滑片處在有效電阻值最大的位置。

（6）在用伏安法測(cè)電阻時(shí)，通過(guò)待測(cè)導(dǎo)線的電流強(qiáng)度I不宜過(guò)大（電流表用0～0.6

A量程），通電時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，以免金屬導(dǎo)線的溫度明顯升高，造成其電阻率在實(shí)驗(yàn)過(guò)

程中逐漸增大。

（7）求Rx的平均值時(shí)可用兩種方法：第一種是用Rx＝UI算出各次的測(cè)量值，再

取平均值；第二種是用圖象（U-I圖線）來(lái)求出。若采用圖象法，在描點(diǎn)時(shí)，要盡量使

各點(diǎn)間的距離拉大一些，連線時(shí)要盡可能地讓各點(diǎn)均勻分布在直線的兩側(cè)，個(gè)別明顯偏

離較遠(yuǎn)的點(diǎn)可以不予考慮。

三、課堂練習(xí)

1．（多選）在“測(cè)定金屬的電阻率”的實(shí)驗(yàn)中，以下操作中錯(cuò)誤的是（）

A．用米尺測(cè)量金屬絲的全長(zhǎng)，且測(cè)量三次，算出其平均值，然后再將金屬絲接入

電路中

B．用螺旋測(cè)微器在金屬絲三個(gè)不同部位各測(cè)量一次直徑，算出其平均值

C．用伏安法測(cè)電阻時(shí)，采用電流表內(nèi)接法，多次測(cè)量后算出平均值

D．實(shí)驗(yàn)中應(yīng)保持金屬絲的溫度不變

答案：AC

解析：實(shí)驗(yàn)中應(yīng)測(cè)量出金屬絲接入電路中的有效長(zhǎng)度，而不是全長(zhǎng)；金屬絲的電阻

很小，與電壓表內(nèi)阻相差很大，使金屬絲與電壓表并聯(lián)，電壓表對(duì)它分流作用很小，應(yīng)

采用電流表外接法。故A．C操作錯(cuò)誤。

2．（1）如圖甲、乙所示的兩把游標(biāo)卡尺，它們的游標(biāo)尺分別為9mm長(zhǎng)10等分、

19mm長(zhǎng)20等分，則讀數(shù)依次為_(kāi)_______mm、________mm。

甲乙

（2）使用螺旋測(cè)微器測(cè)量金屬絲的直徑，示數(shù)如圖所示，則金屬絲

的直徑是________mm。

答案：（1）17.523.35（2）2.140

解析：題圖甲讀數(shù)：整毫米是17，不足1毫米數(shù)是5×0.1mm＝0.5mm，最后結(jié)果

是17mm＋0.5mm＝17.5mm。

題圖乙讀數(shù)：整毫米是23，不足1毫米數(shù)是7×0.05mm＝0.35mm，最后結(jié)果是23mm

＋0.35mm＝23.35mm。

（2）固定刻度示數(shù)為2.0mm，不足半毫米的從可動(dòng)刻度上讀，其示數(shù)為14.0，最

后的讀數(shù)：2.0mm＋14.0×0.01mm＝2.140mm。

3．在“測(cè)定金屬絲的電阻率”的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)進(jìn)行了如下測(cè)量：

（1）用毫米刻度尺測(cè)量接入電路中的被測(cè)金屬絲的有效長(zhǎng)度。測(cè)量3次，求出其

平均值l。其中一次測(cè)量結(jié)果如圖甲所示，金屬絲的另一端與刻度尺的零刻線對(duì)齊，圖

中讀數(shù)為_(kāi)_______cm。用螺旋測(cè)微器測(cè)量金屬絲的直徑，選不同的位置測(cè)量3次，求

出其平均值D。其中一次測(cè)量結(jié)果如圖乙所示，圖中讀數(shù)為_(kāi)_______mm。

甲乙

（2）采用如圖所示的電路測(cè)量金屬絲的電阻。電阻的測(cè)量值比真實(shí)值________（選

填“偏大”或“偏小”）。最后由公式ρ＝________計(jì)算出金屬絲的電阻率（用直接測(cè)量

的物理量表示）。

（3）請(qǐng)你根據(jù)電路圖在實(shí)物圖中進(jìn)行實(shí)物連線。（電流表選0.6A量程，電壓表選

3V量程）

答案：（1）24.12～24.140.515～0.518

（）偏?。ǎ┮?jiàn)解析圖

223

???

4??

解析：（1）金屬絲的長(zhǎng)度為24.12～24.14cm

直徑讀數(shù)為0.515～0.518mm。

（2）采用安培表外接法，由于電壓表的內(nèi)阻不是無(wú)窮大，電壓表有分流，從而電

流表的測(cè)量值大于真實(shí)值，由可知，電阻的測(cè)量值小于真實(shí)值。

?

?=?

由，，＝2，可得。

Sπd2

??1???

?=???=?4?=4??

（3）實(shí)物連接如圖所示。

4．現(xiàn)在要測(cè)量一段電阻絲的電阻率ρ，電阻絲的阻值Rx≈0.5Ω，允許通過(guò)的最大

電流為0.5A?，F(xiàn)提供如下器材：

電流表A（量程0.6A，內(nèi)阻約0.6Ω）電壓表V（量程3V，內(nèi)阻約3kΩ）

待測(cè)的電阻絲Rx（阻值約為0.5Ω）標(biāo)準(zhǔn)電阻R0（阻值5Ω）

滑動(dòng)變阻器R1（5Ω，2A）滑動(dòng)變阻器R2（200Ω，1.5A）

直流電源E（電動(dòng)勢(shì)6V）開(kāi)關(guān)S、導(dǎo)線若干

（1）下面四位同學(xué)分別設(shè)計(jì)的“測(cè)量部分”的電路，你認(rèn)為合理的是________。

AB

CD

（2）實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器應(yīng)該選擇________（選填“R1”或“R2”），并采用________接

法。

（3）根據(jù)你在（1）、（2）中的選擇，在圖中完成實(shí)驗(yàn)電路的連接。

（4）實(shí)驗(yàn)中，如果兩電表的讀數(shù)分別為U和I，測(cè)得拉直后電阻絲的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，

直徑為D，則待測(cè)電阻絲的電阻率ρ的計(jì)算式為ρ＝________。

（5）用螺旋測(cè)微器測(cè)量待測(cè)電阻絲的直徑時(shí)讀數(shù)如圖所示，則該電阻絲的直徑D

＝________mm。

答案：（1）C（2）R1分壓（3）見(jiàn)解析圖