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實驗（2）： 導(dǎo)體電阻率的測量
人教版（2019）高二年級物理必修3
1
實驗思路
目錄
CONTENTS
2
物理量的測量
3
實驗步驟
4
數(shù)據(jù)處理
新課導(dǎo)入
不同導(dǎo)體的導(dǎo)電性能不同，電阻率是反映導(dǎo)體材料導(dǎo)電性能的重要物理量。要測導(dǎo)體的電阻率我們又該如何操作呢？請設(shè)計出你的實驗路。
實驗思路
第一部分
01 實驗思路
2.用游標(biāo)卡尺或螺旋測微器測量金屬絲的直徑。
1.用毫米刻度尺測量金屬絲的長度。
3.用伏安法測量金屬絲的電阻。
第二部分
物理量的測量
01 測金屬絲的長度
測量工具：毫米刻度尺（電阻絲總長度約幾十厘米，可選用毫米刻度尺）；分度值1mm，可估讀到0.1mm；
測量思路：測量接入電路的電阻絲有效長度，多測幾次求取平均值。
有效長度
02 測金屬絲的直徑
測量思路：測量金屬絲的直徑d，間接得出金屬絲的橫截面積。
測量方法：
1.選刻度尺，利用累積法測直徑；
2.選螺旋測微器或游標(biāo)卡尺直接測量直徑，在電阻絲的不同位置測量3次，求得直徑的平均值。
為減小誤差，盡量選用螺旋測微器。
又該如何測導(dǎo)體的電阻呢？
03 測金屬絲阻值的大小
測量思路：用電壓表測出電阻兩端的電壓U，用電流表測出通過電阻的電流I，利用部分電路歐姆定律可以算出電阻的阻值R；
測量方法：伏安法
電路如何設(shè)計？設(shè)計電路中需要考慮哪些因素？
03 測金屬絲阻值的大小
1.電流表的連接方法
A
V
Rx
A
V
Rx
外接法
電流變以下兩種連接方法是否有誤差，誤差來源于哪里？
內(nèi)接法
03 測金屬絲阻值的大小
1.電流表的連接方法
兩種方法測量電阻都有誤差，那么，實際應(yīng)用中該如何選擇呢？
內(nèi)接時 ， ， 分壓越小，誤差越小。測量大電阻，即Rx>>RA情況下，使用內(nèi)接法誤差較小。
外接時 ， ， ， 分流越小，誤差越小。測量小電阻，即Rx<誤差：大內(nèi)偏大，小外偏小
結(jié)論：大內(nèi)小外
A
V
Rx
A
V
Rx
03 測金屬絲阻值的大小
1.電流表的連接方法
當(dāng)不好確定大電阻還是小電阻時，怎么選擇內(nèi)接還是外接？
當(dāng) （即 )時用內(nèi)接法
當(dāng)　　 （即 )時用外接法
當(dāng)　　 （即 )時兩種接法均可
A
V
Rx
A
V
Rx
03 測金屬絲阻值的大小
1.電流表的連接方法
當(dāng)不好確定大電阻還是小電阻時，怎么選擇內(nèi)接還是外接？
若伏特表示數(shù)有明顯變化，
即　　　　 用外接；
若安培表示數(shù)有明顯變化，
即　　　　 用內(nèi)接。
V
A
S
a
b
R
按內(nèi)外接的方式依次連接，觀察電流表、電壓表示數(shù)變化情況。
03 測金屬絲阻值的大小
2.滑動變阻器的連接方法
測量未知電阻時，需取同一電阻的多組電壓和電流值。此時可接入滑動變阻器，能起到直接改變測量電阻的電流或電壓大小的作用，達到測多組數(shù)據(jù)的實驗效果。
那么，滑動變阻器該如何接入電路呢？
03 測金屬絲阻值的大小
2.滑動變阻器的連接方法
限流式
U0
S
R
A
B
P
Rx
分壓式
U0
S
P
Rx
R
A
B
當(dāng)滑片P處于A端：滑變接入阻值RP=0;待測電阻所分電壓最大，為U0；待測電阻的電流
當(dāng)滑片P處于B端：滑變接入阻值RP=Rmax；待測阻值所分電壓最小 待測電阻的電流
當(dāng)滑片P處于A端：滑變?nèi)孔柚礡max與Rx并聯(lián)(RAP=0；RBP=Rmax與Rx并聯(lián))
待測電阻所分電壓最大，為電源電壓U0；
待測電阻的電流
當(dāng)滑片P處于B端：滑變接入全部阻值Rmax，此時Rx被短路(RAP=Rmax;RBP=0與Rx并聯(lián))待測阻值所分電壓最小，為0；待測電阻的電流為0
03 測金屬絲阻值的大小
2.滑動變阻器的連接方法
限流式
U0
S
R
A
B
P
Rx
分壓式
U0
S
P
Rx
R
A
B
優(yōu)點:電路結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、耗能少。
缺點：電壓或電流不能從0變起、調(diào)節(jié)范圍小。
優(yōu)點:電壓或電流能從0調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍大。
缺點：電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、操作不方便、耗能多。
第三部分
實驗步驟
01 電路設(shè)計
你會選擇那個電路測量電阻？
分壓外接法
V
A
Rx
分壓內(nèi)接法
A
V
Rx
限流內(nèi)接法
Rx
A
V
限流外接法
Rx
A
V
由于電阻絲的電阻較小，做實驗時，選擇外接法；當(dāng)不要求電壓從0開始調(diào)節(jié)，可選擇耗能較低的限流法。
02 儀表選擇
1.安全性原則：例如電壓表與電流表不能超過量程。
2.精確性原則：例如電壓表與電流表的指針偏角不能過小，應(yīng)使其指針偏角不小于滿偏的1/3.
3.方便性原則
4.經(jīng)濟性原則
03 實驗步驟
1.測直徑:在被測金屬絲上三個不同位置各測一次直徑,并記錄;
2.量長度:測有效長度,反復(fù)測量3次;
3.連電路:按原理圖所示的電路圖連接實驗電路;
4.求電阻:改變滑動變阻器滑片的位置,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),斷開開關(guān)S。
5.拆除實驗電路,整理好實驗器材。
03 實驗步驟
04 注意事項
1.因一般金屬絲電阻較小,為了減少實驗的系統(tǒng)誤差,應(yīng)選擇電流表外接法。
2.本實驗滑動變阻器若用分壓式接法,在接通電源之前應(yīng)將滑動變阻器調(diào)到電壓表為零的狀態(tài)。
3.測量I時應(yīng)測接入電路中的金屬絲的有效長度(即兩接線柱之間的長度);在金屬絲的3個不同位置上用螺旋測微器或游標(biāo)卡尺測量直徑d。
4.電流不宜過大(電流表用0-0.6 A量程),通電時間不宜太長,以免電阻率因溫度升高而變化。
第四部分
數(shù)據(jù)處理
01 電阻R的計算
1.平均值法：可以用每次測量的U、I分別計算出金屬絲的電阻，再求平均值作為金屬絲的電阻。
2.圖像法：建立U－I坐標(biāo)系，將測量的對應(yīng)U、I值描點作出圖像，利用圖像斜率來求出金屬絲的電阻R。
測量次數(shù) 1 2 3
電壓U/V
電流I/A
電阻R/Ω
02 電阻率的計算
測量次數(shù) 1 2 3
電壓U/V
電流I/A
電阻R/Ω
02 誤差分析
1.金屬絲的橫截面積是利用直徑計算而得，直徑的測量是產(chǎn)生誤差的主要來源之一。
2.采用伏安法測量金屬絲的電阻時，由于采用的是電流表外接法，測量值小于真實值，使用電阻率的測量值偏小。
3.金屬絲的長度測量、電流表和電壓表的讀數(shù)等會帶來偶然誤差。
4.由于金屬絲通電后發(fā)熱升溫，會使金屬絲的電阻率變大，造成測量誤差。
鞏固提升
第五部分
01 小結(jié)
長度的測量及測量工作的選用
實驗思路
物理量的測量
數(shù)據(jù)處理
E
S
P
Rx
A
V
實驗步驟
02 課堂練習(xí)
1.某物理學(xué)習(xí)小組的兩位同學(xué)采用伏安法測金屬絲的電阻率，實驗室備有下列實驗器材：
A.電壓表(量程0～3 V，內(nèi)阻約為15 kΩ)
B.電壓表(量程0～15 V，內(nèi)阻約為75 kΩ)
C.電流表(量程0～3 A，內(nèi)阻約為0.2 Ω)
D.電流表(量程0～0.6 A，內(nèi)阻約為1 Ω)
E.滑動變阻器R1(0～10 Ω，0.6 A)
F.滑動變阻器R2(0～2 000 Ω，0.1 A)
G.電池組E(電壓為3 V)
H.待測金屬絲Rx(阻值約為5 Ω)
I.開關(guān)S，導(dǎo)線若干，米尺，螺旋測微器等
02 課堂練習(xí)
(1)為減小實驗誤差，電壓表應(yīng)選用_____；電流表應(yīng)選用_____；滑動變阻器應(yīng)選用_____。(均填字母代號)
(2)兩位同學(xué)分別畫出了兩個電路圖，如圖甲、乙所示。本實驗選用_____(填“甲”或“乙”)圖比較合適。
(3)實驗中用螺旋測微器測量金屬絲的直徑，使用時發(fā)現(xiàn)測微螺桿與測砧直接接觸時讀數(shù)如圖丙所示，測量金屬絲直徑時如圖丁所示，則金屬絲的直徑d＝________ mm。
(4)如果實驗中測得金屬絲的電阻值為R，用米尺測出的金屬絲長度為l，用螺旋測微器測出的金屬絲的直徑為d，則其電阻率ρ＝______。(用所給字母表示)
02 課堂練習(xí)
02 課堂練習(xí)
2.在“測量金屬絲的電阻率”實驗中，所用測量儀器均已校準(zhǔn)。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(jié)果如圖甲所示，其讀數(shù)應(yīng)為______________________ mm(該值接近多次測量的平均值)。
(2)用伏安法測金屬絲的電阻Rx。實驗所用器材為：電池組(電壓為3 V)、電流表(內(nèi)阻約0.1 Ω)、電壓表(內(nèi)阻約3 kΩ)、滑動變阻器R(0～20 Ω，額定電流2 A)、開關(guān)、導(dǎo)線若干。
某小組同學(xué)利用以上器材正確連接好電路，進行實驗測量，記錄數(shù)據(jù)如右：由以上實驗數(shù)據(jù)可知，他們測量Rx采用的是圖中的_____圖(選填“乙”或“丙”)。
次數(shù) U/V I/A
1 0.10 0.020
2 0.30 0.060
3 0.70 0.160
4 1.00 0.220
5 1.50 0.340
6 1.70 0.460
7 2.30 0.520
02 課堂練習(xí)
(3)如圖丁所示是測量Rx的實驗器材實物圖，圖中已連接了部分導(dǎo)線，滑動變阻器的滑片P置于變阻器的一端。請根據(jù)(2)中所選的電路圖，補充完整圖丁中實物間的連線，要求閉合開關(guān)的瞬間，電壓表或電流表不至于被燒壞。
02 課堂練習(xí)
(4)該小組同學(xué)在坐標(biāo)紙上建立U－I坐標(biāo)系，如圖戊所示，圖中已標(biāo)出了與測量數(shù)據(jù)對應(yīng)的5個坐標(biāo)點，請在圖中標(biāo)出第4、6次測量數(shù)據(jù)的坐標(biāo)點，并描繪出U－I圖線。由圖線得到金屬絲的阻值Rx＝____ Ω(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。
(5)根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以估算出金屬絲的電阻率約為_____。
A.1×10－2 Ω·m B.1×10－3 Ω·m
C.1×10－6 Ω·m D.1×10－8 Ω·m
02 課堂練習(xí)
(6)任何實驗測量都存在誤差。本實驗所用測量儀器均已校準(zhǔn)，下列關(guān)于誤差的說法正確的是______。
A.用螺旋測微器測量金屬絲的直徑時，由于讀數(shù)引起的誤差屬于系統(tǒng)誤差
B.由電流表和電壓表的內(nèi)阻引起的誤差屬于偶然誤差
C.若將電流表和電壓表的內(nèi)阻計算在內(nèi)，可以消除由測量儀表引起的系統(tǒng)
誤差
D.用U－I圖像處理數(shù)據(jù)求金屬絲的電阻可以減小偶然誤差
02 課堂練習(xí)
02 課堂練習(xí)
02 課堂練習(xí)
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實驗（2）： 導(dǎo)體電阻率的測量

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