资源简介 实验十一 导体电阻率的测量 对应学生用书P209一、实验器材被测金属丝,直流电源,电流表,电压表,滑动变阻器,开关,导线若干,螺旋测微器,毫米刻度尺。二、实验操作1.测量金属丝直径:选择螺旋测微器或游标卡尺,在被测金属丝的三个不同位置各测一次直径,记录三次的读数。2.选择电流表的连接方式,连接好实验电路。被测金属丝的阻值较小,采用电流表外接法3.测量金属丝的有效长度:选用毫米刻度尺,多次测量被测金属丝在两个接线柱之间的距离,得到有效长度的平均值l。 接入后测长度4.测量U、I值:把滑动变阻器的滑片调节到使其接入电路中的阻值最大的位置(为了保护电表),闭合开关S,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,填入表格内。5.断开开关S,拆去实验线路,整理实验器材。三、数据记录及分析1.计算金属丝的横截面积:求出金属丝直径的平均值d,计算出金属丝的横截面积S= 。2.计算Rx值的两种方法(1)公式法:用Rx= 分别算出各次的数值,再取平均值。(2)图像法:作U-I图像,利用斜率求出Rx,如图所示。3.计算金属丝的电阻率ρ:将记录的数据Rx、l、d的值代入电阻率的计算式ρ=Rx·= 。四、误差分析1.系统误差(1)采用伏安法测量金属丝的电阻时,若采用电流表外接法,由于电压表的分流,使电流测量值大于真实电流值, 由Rx=可知金属丝的电阻阻值小于真实阻值,使电阻率的测量值偏小;若采用电流表内接法,由于电流表的分压,使电压测量值大于真实电压值,由Rx=可知金属丝的电阻值大于真实阻值,使电阻率的测量值偏大。(2)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。2.偶然误差(1)金属丝的横截面积是利用直径计算得到的,直径的测量是产生误差的主要来源之一。(2)金属丝的长度测量、电流表和电压表的读数等均会带来偶然误差。考点一 测量导体的电阻率以伏安法测电阻来测定导体的电阻率【例1】 s某同学通过实验测量阻值约为5 Ω、粗细均匀的金属丝的电阻率。(1)该同学采用如图所示的电路测量金属丝的电阻Rx。现有电源(电动势为3.0 V,内阻不计),电压表(量程0~3 V,内阻约3 kΩ),开关和导线若干,以及下列器材:A.电流表(量程0~3 A,内阻约0.025 Ω)B.电流表(量程0~0.6 A,内阻约0.125 Ω)C.滑动变阻器(0~5 Ω,3 A)D.滑动变阻器(0~1 000 Ω,0.5 A)为了调节方便、测量准确,实验中电流表应选用 ,滑动变阻器应选用 。(选填实验器材前的字母)(2)电压表应连接 (选填“M”或“N”)点。闭合开关S前,滑动变阻器的滑片应处在 (选填“左端”或“右端”)。(3)测得金属丝的直径为d,长度为L,电阻为R,则该金属丝电阻率测量值的表达式ρ= 。仅考虑电表内阻引起的误差,电阻率的测量值 (选填“大于”或“小于”)真实值。解析:(1)根据题中信息可得流过电阻的最大电流约为Imax== A=0.6 A,为了减小误差,电流表应选择B;由题图可知滑动变阻器采用分压式接法,为了方便操作,应选用最大阻值较小的C。(2)通过计算可得出>,为了减小误差,电压表应连接M点;为了保护电路,闭合开关S前,滑动变阻器的滑片应处在使测量电路部分电压为零的左端。(3)根据电阻定律R=ρ,又S=π,联立可得ρ=;根据(2)中分析可知,电流表采用外接法,则电流的测量值大于流过电阻的真实值,根据欧姆定律R=可知电阻的测量值小于真实值,则电阻率的测量值小于真实值。答案:(1)B C (2)M 左端 (3) 小于 角度突破1.电流表内、外接法的判断依据(1)当<即Rx>时,用电流表内接法。(2)当>即Rx<时,用电流表外接法。2.滑动变阻器的使用(1)分压式接法可以使待测电阻(或用电器)的电压从零开始连续调节,这是本实验选择的接法。(2)闭合开关前,对于限流式接法,应使滑动变阻器接入电路的阻值最大;对于分压式接法,滑片应置于使测量电路电压为零的位置。 知识拓展1.指针偏转在到量程间为佳,这是电表量程的选择要求。2.在保证安全电流的前提下,滑动变阻器的分压接法应优先选择总阻值远小于待测电阻(或与待测电阻相当)的滑动变阻器。因为若阻值过大,调节会非常不灵敏,难以精细控制电压。教学札记:通过转化的图像测电阻,再测定导体的电阻率【例2】 (2025·连云港模拟)某探究小组要测量电阻丝的电阻率,可利用的器材有:电源(E=3 V、内阻约为0.5 Ω)、电流表(量程分别为0.6 A、3 A)、定值电阻R=5 Ω、电阻丝、金属夹、刻度尺、开关S、导线若干。他们设计了如图所示的实验电路原理图。(1)实验步骤如下:①将电阻丝拉直固定,按照图甲连接电路,金属夹置于电阻丝的 (选填“A”或“B”)端;②用螺旋测微器测量电阻丝的直径D,如图乙所示,则D= mm;③闭合开关S,快速滑动金属夹至适当位置并记录电流表示数I,断开开关S,记录金属夹与B端的距离L;④多次重复步骤③,根据记录的若干组I、L的值,作出图像如图丙所示。(2)电流表量程应该选择 (选填“0.6”或“3”)A。(3)若图丙中图像的斜率为k,则电阻丝的电阻率ρ= (选用字母k、D、E、R表示)。(4)某同学发现图丙中图像在纵轴上的截距为b,其运用截距b和题中已知物理量求得电源内阻r=1.5 Ω,明显偏大,请说明出现这种现象的原因 。 角度突破1.螺旋测微器的读数:规则为“固定刻度读数+可动刻度读数×0.01 mm”,且需要估读到毫米的千分位。2.电表量程的选择:遵循安全和精确原则。先由Imax≈估算电路中的最大电流,再选择合适量程。 能力要语1.转换法与图像法的应用:本题中,通过对欧姆定律和电阻定律的联立,将非线性关系转化为线性关系=kL+b,通过-L图像的斜率k与纵截距b的物理意义求解未知量。2.系统误差的溯源与修正:误认为电流表为理想电流表,产生系统误差。本题的第(4)问中电源内阻的阻值包含了电流表的阻值,即r测=r真+rA。【例2】 解析:(1)①为了确保电路的安全,闭合开关之前应使电阻丝接入电路的电阻达到最大值,可知金属夹置于电阻丝的A端。②根据螺旋测微器的读数规律,该读数为2.5 mm+0.01×18.0 mm=2.680 mm。(2)由于= A=0.6 A可知,回路中电流不可能大于0.6 A,为了确保安全与精度,电流表量程应该选择0.6 A。(3)根据闭合电路欧姆定律有I=,根据电阻定律有Rx=ρ,其中S=π,解得=L+,根据图像有k=,解得ρ=。(4)图像在纵轴上的截距为b,则有b=,解得r=bE-R-rA<bE-R=r测,可知由于忽略电流表的内阻,导致测量值明显偏大,即出现这种现象的原因是测量值中含有电流表内阻。答案:(1)①A ②2.680 (2)0.6 (3) (4)测量值中含有电流表内阻以替代法测电阻来测定导体的电阻率【例3】 (2025·四川高考)某学生实验小组要测量一段合金丝的电阻率。所用实验器材有:学生电源E(电动势0.4 V,内阻未知) 螺旋测微器待测合金丝样品(长度约1 m) 米尺(量程0~100 cm)滑动变阻器(最大阻值20 Ω) 电阻箱(阻值范围0~999.9 Ω)电流表(量程0~30 mA,内阻较小) 开关S1、S2,导线若干(1)将待测合金丝样品绷直固定于米尺上,将金属夹分别夹在样品20.00 cm和70.00 cm位置,用螺旋测微器测量两金属夹之间样品三个不同位置的横截面直径,读数分别为0.499 mm、0.498 mm和0.503 mm,则该样品横截面直径的平均值为 mm。(2)该小组采用限流电路,则图甲中电流表的“+”接线柱应与滑动变阻器的接线柱 (选填“a”或“b”)相连。闭合开关前,滑动变阻器滑片应置于 (选填“左”或“右”)端。(3)断开S2、闭合S1,调节滑动变阻器使电流表指针恰好指到15.0 mA刻度处。断开S1、闭合S2,保持滑动变阻器滑片位置不变,旋转电阻箱旋钮,使电流表指针仍指到15.0 mA处,此时电阻箱面板如图乙所示,则该合金丝的电阻率为 Ω·m(取π=3.14,结果保留2位有效数字)。(4)为减小实验误差,可采用的做法有 (有多个正确选项)。A.换用内阻更小的电源B.换用内阻更小的电流表C.换用阻值范围为0~99.99 Ω的电阻箱D.多次测量该合金丝不同区间等长度样品的电阻率,再求平均值 角度突破1.本题中滑动变阻器采用限流式接法,连接时应遵循“一上一下”原则;同时,闭合开关前,滑片应置于使电路中电流最小的位置,即滑动变阻器最大阻值端。2.本实验中,为了减小因合金丝材料粗细不均匀带来的误差,需多次测量直径求平均值,这也是减小偶然误差的基本操作。教学札记: 知识拓展“等效替代法”测电阻(1)当电路状态完全相同时,可以认为未知电阻Rx与电阻箱的阻值R是等效的。(2)这种方法巧妙地规避了电流表内阻、电源内阻以及滑动变阻器阻值不精确等因素对测量的系统性影响。(3)这种方法中,只要电流表足够灵敏,其测量精度主要取决于电阻箱的精度。因此更高精度的电阻箱能有效减小误差。教学札记:【例3】 解析:(1)该样品横截面直径的平均值为d= mm=0.500 mm。(2)由于滑动变阻器采用限流式接法,应将其串联接在电路中,故采用“一上一下”原则,即电流表的“+”接线柱应与滑动变阻器的接线柱a相连。为了保护电路,闭合开关前,滑动变阻器滑片应置于最大阻值处,即最左端。(3)该合金丝的电阻为R=3.2 Ω,由电阻定律R=ρ及S=π可得ρ=,其中d=0.500 mm,l=70.00 cm-20.00 cm=50.00 cm,解得该合金丝的电阻率为ρ≈1.3×10-6 Ω·m。(4)本题中,应用等效替代法测电阻消除了电源的内阻、电流表的内阻对测量合金丝阻值的影响,故A、B错误。根据电阻定律可知ρ=,则为了减小实验误差,可减小测合金丝电阻时的误差,选择更精确的电阻箱,可换用阻值范围为0~99.99 Ω,或多次测量该合金丝不同区间等长度样品的电阻率,再求平均值,故C、D正确。答案:(1)0.500 (2)a 左 (3)1.3×10-6 (4)CD考点二 创新拓展实验综合其他原理、增加探究目的【例4】 某探究小组为测量一种新型材料制成的圆柱形电阻的电阻率,进行了如下实验探究。图乙中的实验器材:①电流表,量程为0~0.6 A,内阻为1.0 Ω;②定值电阻R0,阻值为20.0 Ω;③电阻箱R,最大阻值为999.9 Ω。(1)该小组用螺旋测微器测量该圆柱形电阻的直径d,示数如图甲所示,其读数为 mm。再用游标卡尺测得其长度l。(2)该小组用如图乙所示的电路测量该圆柱形电阻Rx的阻值。将S2置于位置1,闭合S1,多次改变电阻箱R的阻值,记下电流表的对应读数I,实验数据见表格。根据表中数据,在图丙中绘制出-R图像。再将S2置于位置2,此时电流表读数为0.400 A。计算可得Rx= Ω(结果保留2位有效数字)。最后可得到该材料的电阻率ρ= (用d、l、Rx表示)。由丙图还可得出电源电动势E= V(结果保留2位有效数字)。R/Ω 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0I/A 0.414 0.352 0.308 0.272 0.244 0.222(3)持续使用后,电源电动势降低、内阻变大。小明认为,若再次将此圆柱形电阻连入此装置,测得电路的电流,仍根据原来描绘的图丙的图像得到该电阻的测量值会偏小。你是否同意小明的观点 (选填“同意”或“不同意”),并给出理由 。 角度突破1.图像法处理数据:图像法能降低偶然误差。本题通过公式变换,将非线性关系转化为-R的线性关系,通过图像的斜率可以求解电源电动势E(斜率k=)。2.串并联电路知识:当S2接1时,电路是电阻箱R、定值电阻R0和电流表内阻rA的串联。当S2接2时,是将Rx替代了电阻箱R;消除了电源内阻r、定值电阻R0和电流表内阻rA带来的系统误差,使Rx的测量更加精确。教学札记: 易错警示第(3)问的辨析是本题的难点和升华点。1.第一步推理:由“电源电动势降低、内阻变大”推理出,电流值变小,电流倒数变大。2.若仍用旧图像,变大后的对应一个更大的R值,从而导致测量值偏大。教学札记:【例4】 解析:(1)螺旋测微器的精度为0.01 mm,故其读数为3.5 mm+20.0×0.01 mm=3.700 mm。(2)电流表读数为0.400 A,即=2.5 A-1,由图可得此时电阻的值为Rx=6.0 Ω,根据电阻定律Rx=,其中横截面积S=π,可得ρ=,根据闭合电路欧姆定律I=,整理可得=R+,即-R图像的斜率为k== V-1,解得E≈12 V。(3)不同意。电源电动势降低、内阻变大,该电阻接入电路后,电流值变小,倒数变大,则从题图丙中得到该电阻的测量值将偏大。答案:(1)3.700 (2)6.0 12 (3)不同意 见解析[实验(十一)] 导体电阻率的测量(选择题每题5分,非选择题每题10分,建议用时:40分钟)1.某同学测量一段长度已知的电阻丝的电阻率。(1)螺旋测微器如图甲所示,在测量电阻丝直径时,先将电阻丝轻轻地夹在测砧与测微螺杆之间,先旋转 ,当测微螺杆刚好接触电阻丝时,再旋动 (均选填“A”“B”或“C”),直到听见“喀喀”的声音,以保证压力适当,同时防止螺旋测微器的损坏。(2)选择电阻丝的 (选填“同一”或“不同”)位置进行多次测量,取其平均值作为电阻丝的直径。(3)图乙中Rx为待测电阻丝,请补充完整图丙中实物间的连线。解析:(1)A起固定作用,便于读数;B为粗调旋钮,调节B使电阻丝与测微螺杆、测砧刚好接触;然后调节C,C起微调作用。(2)电阻丝的粗细不一定均匀,为保证测量结果准确,应在不同位置测直径,然后取平均值作为电阻丝的直径。(3)滑动变阻器采用分压式接法接入电路,电流表使用外接法,注意连线不能交叉,如图所示。答案:(1)B C (2)不同 (3)见解析图2.某同学想通过实验测定一捆几百米长合金导线(电阻约为10 Ω)的实际长度。实验室提供了下列可选用的器材:A.电流表(量程为0~2 mA,内阻Rg=199 Ω);B.电压表(量程为0~3 V,内阻约为3 kΩ);C.滑动变阻器R(最大阻值为25 Ω);D.电阻箱(可调节范围为0~999.9 Ω);E.电源(电压恒为4 V);F.螺旋测微器、开关、导线若干。(1)考虑到安全因素,需将电流表的量程扩大到0~400 mA,则需要将电流表与电阻箱 (选填“串联”或“并联”),并将电阻箱阻值调至 Ω(结果保留两位有效数字),改装完成后的电流表内阻记为RA。(2)为精确测量导线电阻,该同学设计了如图所示的电路,其中A为改装后的电流表。某次实验时测得改装后的电流表读数为I,电压表读数为U,则该导线的电阻Rx= (用给定的物理量符号表示)。已知该导线的电阻率为ρ,直径为d,则该导线的长度L= (用ρ、Rx、d、π表示)。解析:(1)根据并联分流原理可知,将电流表的量程扩大到0~400 mA,则需要将电流表与电阻箱并联;电流表的量程扩大到0~400 mA,电阻箱阻值应调为R== Ω=1.0 Ω。(2)根据欧姆定律有Rx+RA=,解得Rx=-RA;根据电阻定律,有Rx=ρ,其中S=πd2,解得L=。答案:(1)并联 1.0 (2)-RA 3.(2024·江苏高考)某同学在实验室测定金属块的电阻率,电路如图甲所示,除被测金属块(图乙)外,还有如下实验器材可供选择:A.直流电源:电动势约为3 V,内阻可忽略不计;B.电流表A1:量程0~100 mA,内阻约为1 Ω;C.电流表A2:量程0~10 mA,内阻约为4 Ω;D.电压表V:量程0~3 V,内阻约为3 kΩ;E.滑动变阻器R1:0~10 Ω;F.滑动变阻器R2:0~50 Ω;G.开关、导线等。(1)用多用电表电阻挡粗测金属块电阻,测得A、B端电阻RAB=4 Ω,测C、D端电阻时的示数如图丙所示,则RCD= Ω。(2)测C、D端电阻时滑动变阻器应选 (填实验器材前字母序号)。(3)实物连线如图丁所示,其中4个区域,连错的部分是 。(4)连通电路时,滑动变阻器滑片应置于最 (选填“左”或“右”)端。(5)实验中测量A、B间电阻时选用电流表A1,测量C、D间电阻时选用电流表A2,经过一系列测量后得到金属块的电阻率ρAB和ρCD。ρAB ρCD1.02 1.06小明认为A、B间测得的电阻计算电阻率更准确,因为测量A、B间电阻时所用的电流表A1的内阻更小,你认为小明的说法是否正确,说明你的理由 。解析:(1)由图可得,多用电表电阻挡选用“×100”倍率,则C、D端电阻RCD=3.3×100 Ω=330 Ω。(2)由图甲可得,滑动变阻器采用限流式接法接入电路,为了多次测量时电压表、电流表数据有明显变化,应该接入阻值和C、D端电阻接近的滑动变阻器R2,即选F。(3)电压表测量金属块和电流表两端的电压,连接错误的区域是②区域,目前电压表测量电流表两端的电压,应将电压表的右边接线柱(+接线柱)连接到电阻的右端。(4)接通开关前,滑动变阻器的滑片应放在阻值最大的最右端位置。(5)≈4,≈80,C、D间电阻与电流表A2的内阻相差较大,电压表测量值更接近C、D两端电压,用C、D间测量的电阻计算电阻率更准确,则小明的说法错误。答案:(1)330 (2)F (3)② (4)右 (5)错误 理由见解析4.某实验小组在“测量金属丝电阻率”的实验中,先用多用电表进行粗测电阻,再采用“伏安法”较准确地测量未知电阻,后计算金属丝电阻率。(1)在使用多用电表测电阻时,以下说法正确的是 。A.每换一次挡位,不必重新进行欧姆调零B.指针越接近刻度盘中央,误差越小C.在外电路中,电流从红表笔流经被测电阻到黑表笔D.测量时,若指针偏角较小,说明这个电阻的阻值较大,应换倍率较大的挡位来测量(2)先用多用电表的电阻挡“×1”按正确操作步骤粗测其电阻,指针如图甲所示,读数应记为 Ω。(3)用螺旋测微器测量金属丝直径,某次测量示数如图乙所示,该金属丝直径的测量值d= mm。(4)实验室提供的器材如下:A.待测金属丝的电阻Rx;B.电流表A1(量程0~0.6 A,内阻约0.1 Ω);C.电流表A2(量程0~3 A,内阻约0.01 Ω);D.电压表V1(量程0~3 V,内阻约3 kΩ);E.电压表V2(量程0~15 V,内阻约20 kΩ);F.滑动变阻器R(0~20 Ω);G.电源E(电动势为3.0 V,内阻不计);H.开关、若干导线。为了调节方便,测量准确,实验中电流表应选 (选填“B”或“C”),电压表应选 (选填“D”或“E”)。(5)请你根据图丙所示电路图用笔画线代替导线,将图丁所示的实验电路连接完整。(6)若金属丝接入电路的长度为l,直径为d,通过金属丝的电流为I,金属丝两端的电压为U,由此可计算得出金属丝的电阻率ρ= (用题目所给字母表示)。(7)某同学认为使用上述方案所测的电阻率比理论值偏大,你是否同意他的观点并说明理由: 。解析:(1)用多用电表测电阻时,每换一次挡位,都必须重新进行欧姆调零,故A错误;指针越接近刻度盘中央,误差越小,故B正确;在外电路中,电流从黑表笔流经被测电阻到红表笔,故C错误;测量时,若指针偏角较小,说明这个电阻的阻值较大,应换倍率较大的挡位来测量,故D正确。故选BD。(2)该同学选用电阻表“×1”挡,而电阻表的读数为指针所指刻度与倍率的乘积,所以图中对应的读数为6.0×1 Ω=6.0 Ω。(3)螺旋测微器的读数为固定刻度与可动刻度之和,则金属丝直径的测量值为3.5 mm+20.7×0.01 mm=3.707 mm。(4)由于电源电动势为3.0 V,则电压表应选择量程为0~3 V的电压表D;测量金属丝的电阻阻值约为6.0 Ω,则电路中的最大电流为Im== A=0.5 A,因此电流表应选量程为0~0.6 A的B。(5)根据电路图连接实验电路如图所示。(6)根据欧姆定律有Rx=,根据电阻定律有Rx=ρ,S=π,联立解得ρ=。(7)不同意,根据以上分析可知,由于电流表采用外接法,所测电流偏大,所以电阻率的测量值小于理论值。答案:(1)BD (2)6.0 (3)3.707 (4)B D (5)见解析图 (6) (7)见解析(共64张PPT)高三一轮总复习高效讲义物 理01第十章电路与电能实验十一 导体电阻率的测量知识梳理 夯实基础考点探究 提升能力实验020301知识梳理 夯实基础考点探究 提升能力角度突破测量导体的电阻率考点一知识拓展角度突破能力要语角度突破知识拓展创新拓展实验考点二角度突破易错警示实验(十一) 导体电阻率的测量0102030401020304010203040102030401020304010203040102030401020304010203040102030401020304010203040102030401020304010203040102030401020304010203040102030401020304010203040102030401020304谢谢观看VRxASUR=AU△U0NAR.MNS电阻丝金属夹RAE,TS立甲乙丙mwwwwwmmmpwwnppnpppmSE90×100×1068E2×1×0.12甲乙Ro5051014540150015657S25101520253035R/甲乙丙V测站测微螺杆BA5ARSE甲乙V海PR1十丙Vz馁闹PR似●EShRARxVVARADCB乙504030201510iwu山8Sk500200100TTTTTTTTT10015050620000TTTT250mA.V0.52.5V-/0A-V-2TTTTTTT1506004TTTTT2mA.Y×1k×100×10×11.5OFF252.51001021050+-250mA5002.51050250500V⑨丙①H②tthAIRIII11I3504030201510L1k500200100/111人1001255020100200p1.5250mA.V202.5VwA-V-015甲乙 展开更多...... 收起↑ 资源列表 实验十一 导体电阻率的测量.docx 实验十一 导体电阻率的测量.pptx