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实验（2）： 导体电阻率的测量
人教版（2019）高二年级物理必修3
1
实验思路
目录
CONTENTS
2
物理量的测量
3
实验步骤
4
数据处理
新课导入
不同导体的导电性能不同，电阻率是反映导体材料导电性能的重要物理量。要测导体的电阻率我们又该如何操作呢？请设计出你的实验路。
实验思路
第一部分
01 实验思路
2.用游标卡尺或螺旋测微器测量金属丝的直径。
1.用毫米刻度尺测量金属丝的长度。
3.用伏安法测量金属丝的电阻。
第二部分
物理量的测量
01 测金属丝的长度
测量工具：毫米刻度尺（电阻丝总长度约几十厘米，可选用毫米刻度尺）；分度值1mm，可估读到0.1mm；
测量思路：测量接入电路的电阻丝有效长度，多测几次求取平均值。
有效长度
02 测金属丝的直径
测量思路：测量金属丝的直径d，间接得出金属丝的横截面积。
测量方法：
1.选刻度尺，利用累积法测直径；
2.选螺旋测微器或游标卡尺直接测量直径，在电阻丝的不同位置测量3次，求得直径的平均值。
为减小误差，尽量选用螺旋测微器。
又该如何测导体的电阻呢？
03 测金属丝阻值的大小
测量思路：用电压表测出电阻两端的电压U，用电流表测出通过电阻的电流I，利用部分电路欧姆定律可以算出电阻的阻值R；
测量方法：伏安法
电路如何设计？设计电路中需要考虑哪些因素？
03 测金属丝阻值的大小
1.电流表的连接方法
A
V
Rx
A
V
Rx
外接法
电流变以下两种连接方法是否有误差，误差来源于哪里？
内接法
03 测金属丝阻值的大小
1.电流表的连接方法
两种方法测量电阻都有误差，那么，实际应用中该如何选择呢？
内接时 ， ， 分压越小，误差越小。测量大电阻，即Rx>>RA情况下，使用内接法误差较小。
外接时 ， ， ， 分流越小，误差越小。测量小电阻，即Rx<误差：大内偏大，小外偏小
结论：大内小外
A
V
Rx
A
V
Rx
03 测金属丝阻值的大小
1.电流表的连接方法
当不好确定大电阻还是小电阻时，怎么选择内接还是外接？
当 （即 )时用内接法
当　　 （即 )时用外接法
当　　 （即 )时两种接法均可
A
V
Rx
A
V
Rx
03 测金属丝阻值的大小
1.电流表的连接方法
当不好确定大电阻还是小电阻时，怎么选择内接还是外接？
若伏特表示数有明显变化，
即　　　　 用外接；
若安培表示数有明显变化，
即　　　　 用内接。
V
A
S
a
b
R
按内外接的方式依次连接，观察电流表、电压表示数变化情况。
03 测金属丝阻值的大小
2.滑动变阻器的连接方法
测量未知电阻时，需取同一电阻的多组电压和电流值。此时可接入滑动变阻器，能起到直接改变测量电阻的电流或电压大小的作用，达到测多组数据的实验效果。
那么，滑动变阻器该如何接入电路呢？
03 测金属丝阻值的大小
2.滑动变阻器的连接方法
限流式
U0
S
R
A
B
P
Rx
分压式
U0
S
P
Rx
R
A
B
当滑片P处于A端：滑变接入阻值RP=0;待测电阻所分电压最大，为U0；待测电阻的电流
当滑片P处于B端：滑变接入阻值RP=Rmax；待测阻值所分电压最小 待测电阻的电流
当滑片P处于A端：滑变全部阻值Rmax与Rx并联(RAP=0；RBP=Rmax与Rx并联)
待测电阻所分电压最大，为电源电压U0；
待测电阻的电流
当滑片P处于B端：滑变接入全部阻值Rmax，此时Rx被短路(RAP=Rmax;RBP=0与Rx并联)待测阻值所分电压最小，为0；待测电阻的电流为0
03 测金属丝阻值的大小
2.滑动变阻器的连接方法
限流式
U0
S
R
A
B
P
Rx
分压式
U0
S
P
Rx
R
A
B
优点:电路结构简单、操作方便、耗能少。
缺点：电压或电流不能从0变起、调节范围小。
优点:电压或电流能从0调节，调节范围大。
缺点：电路结构复杂、操作不方便、耗能多。
第三部分
实验步骤
01 电路设计
你会选择那个电路测量电阻？
分压外接法
V
A
Rx
分压内接法
A
V
Rx
限流内接法
Rx
A
V
限流外接法
Rx
A
V
由于电阻丝的电阻较小，做实验时，选择外接法；当不要求电压从0开始调节，可选择耗能较低的限流法。
02 仪表选择
1.安全性原则：例如电压表与电流表不能超过量程。
2.精确性原则：例如电压表与电流表的指针偏角不能过小，应使其指针偏角不小于满偏的1/3.
3.方便性原则
4.经济性原则
03 实验步骤
1.测直径:在被测金属丝上三个不同位置各测一次直径,并记录;
2.量长度:测有效长度,反复测量3次;
3.连电路:按原理图所示的电路图连接实验电路;
4.求电阻:改变滑动变阻器滑片的位置,读出几组
相应的电流表、电压表的示数I和U的值,记入
表格内,断开开关S。
5.拆除实验电路,整理好实验器材。
03 实验步骤
04 注意事项
1.因一般金属丝电阻较小,为了减少实验的系统误差,应选择电流表外接法。
2.本实验滑动变阻器若用分压式接法,在接通电源之前应将滑动变阻器调到电压表为零的状态。
3.测量I时应测接入电路中的金属丝的有效长度(即两接线柱之间的长度);在金属丝的3个不同位置上用螺旋测微器或游标卡尺测量直径d。
4.电流不宜过大(电流表用0-0.6 A量程),通电时间不宜太长,以免电阻率因温度升高而变化。
第四部分
数据处理
01 电阻R的计算
1.平均值法：可以用每次测量的U、I分别计算出金属丝的电阻，再求平均值作为金属丝的电阻。
2.图像法：建立U－I坐标系，将测量的对应U、I值描点作出图像，利用图像斜率来求出金属丝的电阻R。
测量次数 1 2 3
电压U/V
电流I/A
电阻R/Ω
02 电阻率的计算
测量次数 1 2 3
电压U/V
电流I/A
电阻R/Ω
02 误差分析
1.金属丝的横截面积是利用直径计算而得，直径的测量是产生误差的主要来源之一。
2.采用伏安法测量金属丝的电阻时，由于采用的是电流表外接法，测量值小于真实值，使用电阻率的测量值偏小。
3.金属丝的长度测量、电流表和电压表的读数等会带来偶然误差。
4.由于金属丝通电后发热升温，会使金属丝的电阻率变大，造成测量误差。
巩固提升
第五部分
01 小结
长度的测量及测量工作的选用
实验思路
物理量的测量
数据处理
E
S
P
Rx
A
V
实验步骤
02 课堂练习
1.某物理学习小组的两位同学采用伏安法测金属丝的电阻率，实验室备有下列实验器材：
A.电压表(量程0～3 V，内阻约为15 kΩ)
B.电压表(量程0～15 V，内阻约为75 kΩ)
C.电流表(量程0～3 A，内阻约为0.2 Ω)
D.电流表(量程0～0.6 A，内阻约为1 Ω)
E.滑动变阻器R1(0～10 Ω，0.6 A)
F.滑动变阻器R2(0～2 000 Ω，0.1 A)
G.电池组E(电压为3 V)
H.待测金属丝Rx(阻值约为5 Ω)
I.开关S，导线若干，米尺，螺旋测微器等
02 课堂练习
(1)为减小实验误差，电压表应选用_____；电流表应选用_____；滑动变阻器应选用_____。(均填字母代号)
(2)两位同学分别画出了两个电路图，如图甲、乙所示。本实验选用_____(填“甲”或“乙”)图比较合适。
(3)实验中用螺旋测微器测量金属丝的直径，使用时发现测微螺杆与测砧直接接触时读数如图丙所示，测量金属丝直径时如图丁所示，则金属丝的直径d＝________ mm。
(4)如果实验中测得金属丝的电阻值为R，用米尺测出的金属丝长度为l，用螺旋测微器测出的金属丝的直径为d，则其电阻率ρ＝______。(用所给字母表示)
02 课堂练习
02 课堂练习
2.在“测量金属丝的电阻率”实验中，所用测量仪器均已校准。待测金属丝接入电路部分的长度约为50 cm。
(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径，其中某一次测量结果如图甲所示，其读数应为______________________ mm(该值接近多次测量的平均值)。
(2)用伏安法测金属丝的电阻Rx。实验所用器材为：电池组(电压为3 V)、电流表(内阻约0.1 Ω)、电压表(内阻约3 kΩ)、滑动变阻器R(0～20 Ω，额定电流2 A)、开关、导线若干。
某小组同学利用以上器材正确连接好电路，进行实验测量，记录数据如右：由以上实验数据可知，他们测量Rx采用的是图中的_____图(选填“乙”或“丙”)。
次数 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 课堂练习
(3)如图丁所示是测量Rx的实验器材实物图，图中已连接了部分导线，滑动变阻器的滑片P置于变阻器的一端。请根据(2)中所选的电路图，补充完整图丁中实物间的连线，要求闭合开关的瞬间，电压表或电流表不至于被烧坏。
02 课堂练习
(4)该小组同学在坐标纸上建立U－I坐标系，如图戊所示，图中已标出了与测量数据对应的5个坐标点，请在图中标出第4、6次测量数据的坐标点，并描绘出U－I图线。由图线得到金属丝的阻值Rx＝____ Ω(结果保留两位有效数字)。
(5)根据以上数据可以估算出金属丝的电阻率约为_____。
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 课堂练习
(6)任何实验测量都存在误差。本实验所用测量仪器均已校准，下列关于误差的说法正确的是______。
A.用螺旋测微器测量金属丝的直径时，由于读数引起的误差属于系统误差
B.由电流表和电压表的内阻引起的误差属于偶然误差
C.若将电流表和电压表的内阻计算在内，可以消除由测量仪表引起的系统
误差
D.用U－I图像处理数据求金属丝的电阻可以减小偶然误差
02 课堂练习
02 课堂练习
02 课堂练习
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实验（2）： 导体电阻率的测量

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