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(共35张PPT)
导体电阻率的测量
(强基课—逐点理清物理观念)
第3节
多维度理解
1
2
3
长度测量及测量工具的选用
金属丝电阻率的测量
小结和练习
多维度理解

问题导入
　　电阻率是反应材料导电性能的物理量，要测量导体的电阻率，需要测量哪些物理量？又该如何设计实验测量？
长度
直径
电阻
　　要测量导体的电阻率，我们必须要测量导体的电阻、长度和直径。
多维度理解
长度的测量及
测量工具的选择
01
1
　　实验中我们需要测量金属丝的直径和长度，一般情况下金属丝的直径很小，用刻度尺很难精确测量，这就需要用到两种测量精度更高的工具。
测量工具
游标卡尺
螺旋测微器（千分尺）
2
　　下图是游标卡尺结构图，其原理是：游标卡尺是利用主尺的单位刻度，与游标尺的单位刻度之间固定的微量差值来提高测量精度的，这个微量差值就是游标卡尺的精度。
游标卡尺
2
　　不管游标尺上有多少刻度，它的刻度部分的总长度总是比主尺上相同数量刻度的总长度少 1 mm ，游标卡尺的精确度就是 1mm / 游标尺的刻度数 。
游标卡尺
10分度刻度尺，刻度总长度 9 mm ，精确度 0.1 mm
20分度刻度尺，刻度总长度 19 mm ，精确度 0.05 mm
50分度刻度尺，刻度总长度 49 mm ，精确度 0.02 mm
2
　　当外（内）测量爪一侧的两个刃接触时，游标尺上的零刻度线与主尺上的零刻度线刚好对齐。将被测物体夹（套）在这两刃之间，把主尺读数和游标尺读数综合起来，就是被测物体的长度。
游标卡尺
2
　　游标卡尺的读数，就是两条零刻度线之间的距离，如图所示，即是 x + y 的数值；
游标卡尺
主尺
3
2
0
10
游标尺
cm
x
y
x＝23 mm
第 7 条刻度线对齐
y＝30－23－7×0.9＝0.7 mm
游标卡尺读数：x＋y＝23＋30－23－7×0.9＝23.7 mm
2
　　用 n 表示游标尺上第 n 条刻度线与主尺上的刻度线对齐，则 y＝n×精确度 mm 。
　　游标卡尺的读数为：x＋y＝x＋n×精确度 mm
　　如下图，游标卡尺为 10 分度，精确度为 0.1 mm ，主尺读数为 23 mm ，游标尺第七条刻度线与主尺刻度线对齐，因此读数为 23 mm+7×0.1 mm＝23.7 mm 。
游标卡尺
主尺
3
2
0
10
游标尺
cm
注意：游标卡尺不需要估读。
x
y
2
例 1　下面的几个游标卡尺读数分别是多少？
游标卡尺
cm
cm
cm
5.05
5.015
1.094
3
　　螺旋测微器，又叫千分尺，其结构如下图所示。螺旋测微器的测砧 A 和固定刻度 B 是固定在尺架 C 上的；可动刻度 E 、旋钮 D、微调旋钮 D′ 是与测微螺杆 F 连在一起的，通过精密螺纹套在 B 上。
螺旋测微器
3
　　每当旋钮 D 旋转一周，螺杆 F 就沿着旋转轴线方向前进或倒退 0.5 mm ，圆周上的可动刻度 E 有 50 个等分度，因此可动刻度每旋转一个刻度，对应的螺杆 F 就前进或倒退 0.01 mm ，所以螺旋测微器的精度是 0.01 mm 。
螺旋测微器
3
　　用螺旋测微器测量物体的微小尺寸时，先使 F 与 A 接触，E 的左边缘与 B 的零刻度线对正；将被测物体夹在 F 和 A 之间 ，旋转 D ，当 F 快靠近物体时，停止旋转 D ，改用 D ，听到“喀喀”声时停止；然后读数。
螺旋测微器
3
螺旋测微器
1．先读固定刻度：
找到固定刻度右边第一根主尺线（注意半刻度线有没有露出来）：读得 4.5mm
2．再读可动刻度:
找到轴线与可动刻度对齐的地方，读数从下面起且要往后估读一位。
读得 9.2
对应的数值为：9.2×0.01mm＝0.092mm
3．把固定刻度读数与可动刻度读数相加：
4.5mm＋0.092mm＝4.592mm
半毫米刻度线 0.5mm
总结：螺旋测微器读数＝固定刻度读数＋可动刻度数（估读一位）×精确度 mm
3
例 2　下面螺旋测微器的读数是多少？
螺旋测微器
1.846 mm
1.200 mm
0.646 mm
金属丝电阻率的测量
02
1
1．电流表的两种接法：
（1）电流表内接
实验电路
思考：
1．电压表的示数是不是 Rx 两端的真实电压？
2．电流表的示数是不是通过 Rx 的真实电流？
3．电压表示数 UV 与电流表示数 IA 的比值是不是 Rx的真实电阻？
4．Rx 的测量值比真实值偏大还是偏小？
电流表分压：UV＝Ux＋UA ；
R测＝Rx＋RA；
测量值大于真实值。
1
1．电流表的两种接法：
（2）电流表外接
实验电路
思考：
1．电压表的示数是不是 Rx 两端的真实电压？
2．电流表的示数是不是通过 Rx 的真实电流？
3．电压表示数 UV 与电流表示数 IA 的比值是不是 Rx的真实电阻？
4．Rx 的测量值比真实值偏大还是偏小？
电压表分流：IA＝Ix＋IV ；
测量值小于真实值。
1
1．电流表的两种接法：
（3）两种接法选择方法：
①将待测电阻的估测值与电压表和电流表的内阻进行比较，若Rx较小，宜采用电
流表外接法；若Rx较大，宜采用电流表内接法，即“大内小外”。
②若 Rx < ，电流表外接；若 Rx > ，电流表内接。
③按如图所示电路图接好电路，让电压表的可动接线端先后与 a、b 处接触，如果
电压表的示数有较大变化，而电流表的示数变化不大，则应采用电流表外接法；如果电流表的示数有较大的变化，而电压表的示数变化不大，则应采用电流表内接法。
实验电路
1
2．滑动变阻器的两种接法：
（1）限流式接法：
①滑片初始位置为最左端，保证滑动变阻器接入电路电阻最大；
②电压范围：
电流范围：
③接法特点：耗能低，电压调节范围小；
实验电路
1
2．滑动变阻器的两种接法：
（2）分压式接法：
①滑片初始位置为最左端，开始时 R 两端电压为 0；
②电压范围：
电流范围：
③接法特点：电压调节范围大，可以从零开始变化；
实验电路
1
2．滑动变阻器的两种接法：
（3）选取原则：
①若需要被测电阻R两端的电压变化范围较大，或需要从零开始连续可调电压，应选分压电路；
②采用限流电路时，如果电路中最小电流大于或等于被测电阻 R 的额定电流，必须采用分压电路；
③当 R0④当 R0>R 时（或两者相差不多），虽然两种电路都可以对负载电流有明显的调节和控制，或两种电路都满足实验要求时，限流电路具有节省电能、电源负担轻等优点，选限流电路较好；
实验电路
1
实验器材：电源电压约为 3V ；电流表量程 0~0.6A，内阻约为 0.125 Ω ，0~3A 量程，内阻约为 0.025 Ω ；电压表量程 0~ 3V ，内阻约为 3 kΩ ，0~ 15V 量程，内阻约为 15 kΩ ；滑动变阻器最大阻值 5Ω ；待测金属丝的电阻约为 10 Ω ，一个开关，导线若干。
实验电路
思考：
1．电压表和电流表应该选用什么量程？
2．电流表应该内接还是外接？
3．滑动变阻器采用什么接法？
1
　　可以利用右图的实验电路来进行实验。取一段金属电阻丝连接到实验电路中，只要测出电阻丝的电阻 R 、长度 l 和直径 d（S＝），就可以计算出该电阻丝所用材料的电阻率，即：
ρ＝＝＝
实验电路
V
A
R
E
S
2
1．电阻的测量：按照右图连接电路，改变滑片的位置，读取多组电压、电流，通过 U-I 图像求得电阻 R 。
2．电阻有效长度的测量：电阻丝长度的测量工具应选用刻度尺。需要注意，在测量电阻丝有效长度时，不是测量电阻丝的总长度，而是测量接入电路的有效长度 l 。反复测量多次，求平均值。
物理量的测量
V
A
R
E
S
2
3．电阻的测量：因为电阻丝比较细，所以直接用刻度尺测量会有比较大的误差。下面提供三种测量方式。
（1）用 1 mm 的刻度尺测量：选取一段新的电阻丝，在圆柱形物体上紧密缠绕，再用刻度尺测出总宽度，再除以圈数，就可以比较精确地测出电阻丝的直径了。
物理量的测量
2
3．电阻的测量：因为电阻丝比较细，所以直接用刻度尺测量会有比较大的误差。下面提供三种测量方式。
（2）用游标卡尺和螺旋测微器测量
物理量的测量
3
　　将上述三个测量量代入公式，计算出金属丝的电阻率，请通过查阅电阻率表，初步判断材料的类型；比较电阻率，分析本次实验可能产生误差的地方，并分析误差产生原因。
数据分析
材料 ρ/(Ω m) 材料 ρ/(Ω m)
银 1.6×10-8 铁 1.0×10-7
铜 1.7×10-8 锰铜合金 4.4×10-7
铝 2.9×10-8 镍铜合金 5.0×10-7
钨 5.3×10-8 镍铬合金 1.0×10-6
小结和练习
03
1
小结
1．长度的测量：游标卡尺或螺旋测微器的使用和读数；
2．电阻的测量：伏安法测电阻
（1）电流表的内接和外接；
（2）滑动变阻器的限流接法和分压接法；
3．电阻率的测量：
1．如图甲所示为一游标卡尺的结构示意图，当测量一钢笔帽的内径时，应该用游标卡尺的_______（选填“A”“B”或“C”）进行测量；示数如图乙所示，该钢笔帽的内径为___________mm。
2
练习
A
11.25
2．某同学用如图甲所示的螺旋测微器测量小球的直径时，他应先转动________，使 F 靠近小球，再转动___________，使 F 夹住小球，直至听到棘轮发出声音为止，拨动_______________，使 F 固定后读数（填仪器部件字母符号）。正确操作后，螺旋测微器的示数如图乙所示，则小球的直径是___________mm。
2
练习
D
H
G
6.700
3．在用电压表和电流表测量某种金属丝的电阻率时，用刻度尺测得金属丝的长度为 60 cm，用螺旋测微器测得金属丝的直径为 0.635 mm ，两电表的示数分别如图 11.3-14 所示（电压表量程为 0～3 V，电流表的量程 0～0.6 A）。请计算金属丝的电阻率是多少？
2
练习
答：由题意可知：金属丝的电压、电流分别为 U＝1.20V ，I＝0.50A，则 R＝ ＝2.40 Ω 。根据公式，ρ＝＝ ＝1.3 ×10-6 Ω·m
4．随着居民生活水平的提高，纯净水已经进入千家万户。某市对市场上出售的纯净水质量进行了抽测，结果发现不少样品的电导率（电导率是电阻率的倒数，是检验纯净水是否合格的一项重要标准）不合格。
（1）你认为不合格的纯净水的电导率是偏大还是偏小？
（2）为了方便测量纯净水样品的电阻，将采集的水样装入绝缘性能良好的塑料圆柱形容器内，容器两端用金属片电极密封，如图所示。请用笔画线表示导线，连接测量纯净水样品电阻的电路，注意合理选择电表的量程。
2
练习

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