人教版必修第三冊第十一章3課時2實驗2金屬絲電阻率的測量學(xué)案

課時2實驗2金屬絲電阻率的測量［定位?學(xué)習(xí)目標(biāo)］.理解測量電阻率的實驗原理及實驗方法。.通過分組實驗,學(xué)會測量導(dǎo)體的電阻率,并能進行誤差分析。.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，進一步形成自覺遵守實驗操作規(guī)程和謹(jǐn)慎操作的習(xí)慣。一、實驗?zāi)康?學(xué)會使用伏安法測量電阻。.會測量金屬導(dǎo)體的電阻率。二、實驗器材金屬電阻絲,直流電源，電流表，電壓表,滑動變阻器,開關(guān),導(dǎo)線若干,螺旋測微器,毫米刻度尺。三、實驗原理與設(shè)計設(shè)計實驗電路如圖所示。取一段金屬電阻絲連接到電路中，只要測出電阻絲的電阻R、長度1和直徑d（S=嗜），就可計算出該電阻絲所用4材料的電阻率,即P丹二等。I41四、實驗步驟.電阻的測量:按實驗電路圖連接實物電路。改變滑動變阻器滑片的位置,讀取多組電壓、電流值,通過U-I圖像求得電阻Ro.電阻絲有效長度的測量:用毫米刻度尺測量接入電路中的電阻絲的有效長度1,反復(fù)測量多次,得到有效長度的平均值。.電阻絲直徑的測量:用累積的方法測量或用螺旋測微器在電阻絲的不同位置測量3次直徑,求直徑的平均值d,計算出電阻絲的橫截面積五、數(shù)據(jù)處理.在求電阻R的平均值時可用兩種方法⑴公式法:測量多組電壓、電流值,求出對應(yīng)的電阻后取平均值,不能對電流、電壓取平均值。⑵圖像法:作出U-I圖像，由圖像的斜率求出電阻值。連線時要讓各點均勻分布在直線兩側(cè),個別偏離較遠的點可以不予考慮。.計算電阻率:將記錄的數(shù)據(jù)R、1、d的值代入電阻率計算式p六、誤差分析.電阻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。.采用伏安法測量電阻絲的電阻時，由于采用的是電流表外接法,測量值小于真實值，使電阻率的測量值偏小。.電阻絲的長度測量、電流表和電壓表的讀數(shù)等會帶來偶然誤差。.由于電阻絲通電后發(fā)熱升溫,會使電阻絲的電阻率變大,造成測量誤差。要點一實驗原理和數(shù)據(jù)處理［例1］在“金屬絲電阻率的測量”的實驗中，待測金屬絲的電阻R,約為3Q,實驗室備有下列實驗器材：A.電壓表V（量程0?3V,內(nèi)阻約為3kQ）B.電流表A（量程0?0.6A,內(nèi)阻約為1Q）C.滑動變阻器R（0?10。，額定電流0.5A）D.電源E（電動勢為3V,內(nèi)阻約為0.3Q）E.開關(guān)S,導(dǎo)線若干（1）為減小實驗誤差,應(yīng)選用圖中（選填“甲”或“乙”）為該實驗的電路原理圖。⑵現(xiàn)用刻度尺測得金屬絲長度為60.00cm,用螺旋測微器測得其直徑示數(shù)如圖丙，則直徑為mmo圖丁為兩電表的示數(shù)，電壓表的讀數(shù)為V,電流表的讀數(shù)為Ao則該金屬絲的電阻為Qo（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）解析：（1）由于甌,所以電流表外接，圖乙符合題意。⑵螺旋測微器讀數(shù)為d=0.5mm+10.8X0.01mm=0.608mm;電壓表量程為0?3V,分度值為0.1V,示數(shù)為1.20V;電流表量程為0?0.6A,分度值為0.02A,示數(shù)為0.50A,根據(jù)歐姆定律得丹。=2.40J\J?OQo答案：（1）乙（2）0.608（0.607-0.609均可）1.200.502.40［即時訓(xùn)練1］在“金屬絲電阻率的測量”的實驗中。⑴用螺旋測微器測量金屬絲的直徑，示數(shù)如圖甲所示,讀數(shù)為mmo⑵用游標(biāo)卡尺測量金屬絲的長度,示數(shù)如圖乙所示,讀數(shù)為emo⑶為了減少實驗誤差，并要求在實驗中獲得較大的電壓調(diào)節(jié)范圍，請在虛線框中畫出電路原理圖。(4)請根據(jù)(3)中設(shè)計的電路圖,連接實物圖。⑸兩電表的示數(shù)分別如圖丁所示(電壓表量程。?3V,電流表量程0-0.6A),電壓表讀數(shù)為V,電流表讀數(shù)為Ao根據(jù)以上實驗數(shù)據(jù)，則該金屬絲的電阻率為。?m(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。解析：(1)金屬絲的直徑為d=6.5mm+36.0X0.01mm=6.860mm。(2)金屬絲的長度為1=10mm+10X0.05mm=10.50mm=l.050cm。⑶金屬絲阻值較小,在伏安法測電阻時應(yīng)用電流表外接法;實驗中要求有較大的電壓調(diào)節(jié)范圍，所以滑動變阻器應(yīng)用分壓式接法,如圖1所示。(4)連接實物圖如圖2所示。⑸根據(jù)電表讀數(shù)規(guī)則可知，電壓表讀數(shù)為1.20V;電流表示數(shù)為0.50Ao由歐姆定律和電阻定律可知葉Pg代入數(shù)據(jù)可得該金屬絲的電阻率p^8.4X103Q?mo答案：(1)6.860(2)1.050(3)圖見解析(4)圖見解析(5)1.200.508.4X103要點二創(chuàng)新實驗［例2］某同學(xué)為了測量一根鉛筆芯的電阻率，設(shè)計了如圖甲所示的電路測量該鉛筆芯的電阻值。所用器材有電流表A、A2,電阻箱匕,滑動變阻器R2,待測鉛筆芯R”電源E,開關(guān)S及導(dǎo)線等。操作步驟如下：調(diào)節(jié)滑動變阻器和電阻箱的阻值達到最大；閉合開關(guān)，適當(dāng)調(diào)節(jié)滑動變阻器和電阻箱的阻值;記錄兩個電流表4、A2的示數(shù)分別為L、b。請回答以下問題：⑴若電流表的內(nèi)阻可忽略,則電流表示數(shù)12二L時，電阻箱的阻值等于待測鉛筆芯的電阻值。(2)用螺旋測微器測量該鉛筆芯的直徑，螺旋測微器的示數(shù)如圖乙所示，則該鉛筆芯的直徑為mm。(3)已測得該鉛筆芯的長度1=20.00cm,電阻箱的讀數(shù)為5.00Q,根據(jù)測量的數(shù)據(jù)可計算出鉛筆芯的電阻率P二。?m(結(jié)果保留2位小數(shù))。⑷若電流表A2的內(nèi)阻不能忽略,仍利用(1)中方法,則鉛筆芯電阻的測量值(選填“大于”“小于”或“等于")真實值。解析：(1)由并聯(lián)電路特點可知，當(dāng)時，電阻箱的阻值與待測鉛筆芯的阻值相等。(2)螺旋測微器的讀數(shù)為1.000mmo⑶由公式R二可計算，鉛筆芯的電阻率為1.96X10$。(4)電流表A?的內(nèi)阻不能忽略時,電流表A?與電阻箱的電阻之和等于待測鉛筆芯的電阻，即電阻的測量值小于真實值。答案：⑴](2)1.000(3)1.96X105⑷小于［即時訓(xùn)練2］現(xiàn)有一導(dǎo)電橡膠制成的圓柱體R,約12kQ,用螺旋測微器測其直徑D,示數(shù)如圖甲所示,用游標(biāo)卡尺測得其長度為L,要測量該材料的電阻率,實驗室提供的器材如下：A.學(xué)生電源(0?20V)B.電流表A1(0?3A)C.電流表Az(0?0.6A)D.電壓表％(0?3V,內(nèi)阻3kQ)E.電壓表％(0?15V,內(nèi)阻15kQ)F.滑動變阻器R(0?20Q)G.滑動變阻器R2(0?200Q)H.開關(guān)、導(dǎo)線若干(1)圓柱體的直徑D為mine⑵請根據(jù)提供的器材,在虛線框內(nèi)畫出實驗電路圖。⑶用測量量和已知量計算電阻率的表達式，式中各符號的意義是。解析：(1)由題圖甲可知，圓柱體的直徑為1.5mm+47.5X0.01mm=l.975mm。⑵流過待測圓柱體的最大電流約為1二品含浮C1.67mA,最大電流R12X103太小,遠小于電流表量程,不能用電流表測電流,可以用已知內(nèi)阻的電壓表V,測電流,把電壓表V1與待測圓柱體R串聯(lián)，電壓表V2測電壓;為方便實驗操作,滑動變阻器應(yīng)選R.;由于待測圓柱體R阻值遠大于滑動變阻器最大阻值,為測多組實驗數(shù)據(jù),滑動變阻器應(yīng)采用