（2021新人教版）高中物理必修第三册11.3 实验：游标卡尺与螺旋测微器 学案.zip

第十一章第十一章 第第 3 节节导体电阻率的测量导体电阻率的测量 第第 1 课时课时 实验：长度的测量及测量工具的选用实验：长度的测量及测量工具的选用 【学习目标学习目标】 1了解游标卡尺和螺旋测微器的结构及测量原理。 2掌握游标卡尺和螺旋测微器的使用方法和读数方法。 【课前预习课前预习】 一、游标卡尺一、游标卡尺 1结构：A 主尺、B 游标尺、C 外测量爪、D 内测量爪、E 尺身、F 紧固螺钉。 2原理：利用主尺的最小分度与游标尺的最小分度的差值制成。不管游标尺上有 多少个小等分刻度，它的刻度部分的总长度比主尺上的同样多的小等分刻度少 1 mm。 3精度：对应关系为 10 分度 0.1 mm，20 分度 0.05 mm，50 分度 0.02 mm。 4读数：主尺上读出的整毫米数 x(即主尺上最靠近游标尺 0 刻线左侧的毫米数)， 从游标尺上读出与主尺上某一刻线对齐的游标尺的格数 K，则读数结果为 xK精度 mm。 注意：(不需要估读，保留到分度值本位) (1)10 分度：主尺读数(换成 mm)游标尺对齐格数0.1mm (保留 mm 的十分 位) (2)20 分度：主尺读数(换成 mm)游标尺对齐格数0.05mm (保留 mm 的百分 位) (3)50 分度：主尺读数(换成 mm)游标尺对齐格数0.02mm (保留 mm 的百分 位) 二、螺旋测微器二、螺旋测微器 1结构：A 测砧、B 固定刻度、C 尺架、D 旋钮、D微调旋钮、E 可动刻度、F 测微螺杆、G 锁紧装置。 2原理：测微螺杆 F 与固定刻度 B 之间的精密螺纹的螺距为 0.5 mm，即旋钮 D 每旋转一周，F 前进或后退 0.5 mm，而可动刻度 E 上环绕一圈的刻度为 50 等份，每转 动一小格，F 前进或后退 0.01 mm，即螺旋测微器的精确度为 0.01 mm。读数时估读到 毫米的千分位上，因此，螺旋测微器又叫千分尺。 3读数：固定刻度 B 上读出整半毫米数 x，可动刻度 E 上读出不够半毫米部分 L(估读一位)，则读数结果为 xL (估读一位)0.01(mm)。 【学习过程学习过程】 任务一：游标卡尺读数任务一：游标卡尺读数 例 1某同学利用游标卡尺测量一圆柱体工件的直径，测量结果如图所示。该工件 的直径为_cm。 解析游标卡尺读数为 d12 mm4 mm12.20 mm1.220 cm 1 20 答案1.220 变式训练 1-1如图甲、乙所示的两把游标卡尺，它们的游标尺分别为 9 mm 长 10 等分、19 mm 长 20 等分，则读数依次为_mm、_mm。 甲乙 解析(1)题图甲读数：整毫米是 17，不足 1 毫米数是 50.1 mm0.5 mm，最后 结果是 17 mm0.5 mm17.5 mm。 题图乙读数：整毫米是 23，不足 1 毫米数是 70.05 mm0.35 mm，最后结果是 23 mm0.35 mm23.35 mm。 答案(1)17.523.35 变式训练 1-2某同学测定一金属杆的长度和直径，示数如图甲、乙所示，则该金 属杆的长度和直径分别为_cm 和_mm。 甲 乙 解析金属杆长度由刻度尺示数可得，由题图甲得 L60.10 cm。由题图乙知， 此游标尺为 50 分度，游标尺上第 10 刻线与主尺上一刻线对齐，则金属杆直径为 d4 mm10 mm4.20 mm。 1 50 答案60.104.20 任务二：螺旋测微器读数任务二：螺旋测微器读数 例 2某同学利用螺旋测微器分别测量一圆柱体工件的高度，测量结果如图所示。 该工件的高度为_mm。 螺旋测微器的读数为 h6.5 mm36.10.01 mm6.861 mm。 答案6.861 变式训练 2-1分别写出下列图中的读数。 _mm mm mm mm 答案：0.049mm 0.990mm 1.025mm 2.989mm 变式训练 2-2使用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图所示，则金属丝的直 径是_mm。 解析固定刻度示数为 2.0 mm，不足半毫米的从可动刻度上读，其示数为 14.0，最后的读数：2.0 mm14.00.01 mm2.140 mm。 答案 (2)2.140 (2)螺旋测微器需要估读，读数结果为.mm 三位小数，需要特别注意半毫米刻 度线是否露出。 变式训练 2-3某同学用螺旋测微器测金属丝直径时，测得结果如图所示，则该金 属丝的直径为_mm。 答案(1)2.935 变式训练 2-4用螺旋测微器测量金属丝的直径，选不同的位置测量 3 次，求出其 平均值 D。其中一次测量结果如图所示，图中读数为_mm。 答案 0.5150.518 第十一章第十一章 第第 3 节节导体电阻率的测量导体电阻率的测量 第第 2 课时课时 金属丝电阻率的测量金属丝电阻率的测量 【学习目标学习目标】 1掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法。 2学会利用伏安法测电阻，进一步测出金属丝的电阻率。 【课前预习课前预习】 一、实验原理和方法一、实验原理和方法 由 R 得 ，因此，只要测出金属丝的长度 l、横截面积 S 和金属丝的电阻 l S RS l R，即可求出金属丝的电阻率 。 1把金属丝接入电路中，用伏安法测金属丝的电阻 R。电路原理如图所示。 (R U I) 2用毫米刻度尺测量金属丝的长度 l，用螺旋测微器量得金属丝的直径，算出横 截面积 S。 3将测量的数据代入公式 求金属丝的电阻率。 RS l 二、实验器材二、实验器材 被测金属丝、螺旋测微器、毫米刻度尺、电池组、电流表、电压表、滑动变阻器、 开关、导线若干。 三、实验步骤三、实验步骤 1直径测定 用螺旋测微器在被测金属导线上的三个不同位置各测一次直径，求出其平均值 d， 计算出导线的横截面积 S。 d2 4 2电路连接 按如图所示的原理电路图连接好，用伏安法测电阻的实验电路。 3长度测量 用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属导线的有效长度，反复测量 3 次，求出 其平均值 l。 4U、I 测量 把上图中滑动变阻器的滑动片调节到最左端，电路经检查确认无误后，闭合开关 S，改变滑动变阻器滑动片的位置，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拆去实验线路，整理好实验器材。 四、数据处理四、数据处理 1在求 Rx的平均值时可用两种方法 (1)用 Rx 分别算出各次的数值，再取平均值。 U I (2)用 U-I 图线的斜率求出。 2计算电阻率 将记录的数据 Rx、l、d 的值代入电阻率计算式 Rx。 S l d2U 4lI 五、误差分析五、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。 六、注意事项六、注意事项 1本实验中被测金属导线的电阻值较小，因此实验电路一般采用电流表外接法。 2实验连线时，应先从电源的正极出发，依次将电源、开关、电流表、待测 金属导线、滑动变阻器连成主干线路，然后再把电压表并联在待测金属导线的两端。 3测量被测金属导线的有效长度，是指测量待测导线接入电路的两个端点之间的 长度，亦即电压表两端点间的待测导线长度，测量时应将导线拉直，反复测量三次， 求其平均值。 4测金属导线直径一定要选三个不同部位进行测量，求其平均值。 5闭合开关 S 之前，一定要将原理图中滑动变阻器的滑片移到最左端。 6在用伏安法测电阻时，通过待测导线的电流强度 I 不宜过大(电流表用 00.6 A 量程)，通电时间不宜过长，以免金属导线的温度明显升高，造成其电阻率在实验过 程中逐渐增大。 7求 Rx的平均值时可用两种方法：第一种是用 Rx 算出各次的测量值，再取平 U I 均值；第二种是用图像(U-I 图线)来求出。若采用图像法，在描点时，要尽量使各点间 的距离拉大一些，连线时要尽可能地让各点均匀分布在直线的两侧，个别明显偏离较 远的点可以不予考虑。 【学习过程学习过程】 例 1某同学用伏安法测量导体的电阻，现有量程为 3 V、内阻约为 3 k 的电压表 和量程为 0.6 A、内阻约为 0.1 的电流表。采用分压电路接线，图甲是实物的部分连 线图，待测电阻为图乙中的 R1，其阻值约为 5 。 甲乙 (1)测 R1阻值的最优连接方式为导线连接_(选填“a”或“b”)、导线连接 _(选填“c”或“d”)。 (2)正确接线测得实验数据如表，用作图法求得 R1的阻值为_。 U/V0.400.801.201.602.002.40 I/A0.090.190.270.350.440.53 (3)已知图乙中 R2与 R1是材料相同、厚度相等、表面为正方形的两导体，R2的边 长是 R1的，若测 R2的阻值，则最优的连线应选_(填选项)。 1 10 A连接 a，连接 cB连接 a，连接 d C连接 b，连接 cD连接 b，连接 d 解析(1)由于实验测量的是一个小电阻，故电流表应外接，因此导线接 a，由 于采用分压电路，故导线应接 d。 (2)根据实验数据作出 R1的 U-I 图线如图所示，图线的斜率即为电阻 R1的大小，由 图像可知，R14.6 。 (3)设 R1的边长为 l，厚度为 h，电阻率为 ，根据电阻定律，得 R1 ，R2的 l hl h 阻值 R2 R1，故测量 R2的电路同测量 R1的电路，故选项 B 正确。 l 10 h l 10 h 答案(1)ad(2)作图见解析，4.6(4.44.7 均可)(3)B 变式训练 1-1 (多选)在“测定金属的电阻率”的实验中，以下操作中错误的是() A用米尺测量金属丝的全长，且测量三次，算出其平均值，然后再将金属丝接入 电路中 B用螺旋测微器在金属丝三个不同部位各测量一次直径，算出其平均值 C用伏安法测电阻时，采用电流表内接法，多次测量后算出平均值 D实验中应保持金属丝的温度不变 AC实验中应测量出金属丝接入电路中的有效长度，而不是全长；金属丝的电阻 很小，与电压表内阻相差很大，使金属丝与电压表并联，电压表对它分流作用很小， 应采用电流表外接法。故 A、C 操作错误。 变式训练 1-2在“测定金属的电阻率”的实验中， 甲甲 乙乙 (1)某同学用螺旋测微器测金属丝直径时，测得结果如图甲所示，则该金属丝的直 径为_mm。 (2)用量程为 3 V 的电压表和量程为 0.6 A 的电流表测金属丝的电压和电流时的读 数如图乙所示，则电压表的读数为_V，电流表的读数为_A。 (3)用米尺测量金属丝的长度 L0.810 m。利用以上测量数据，可得这种材料的电 阻率为_m(保留两位有效数字)。 解析(1)螺旋测微器的读数为 d2.5 mm43.50.01 mm2.935 mm。 (2)因电压表的每小格读数为 0.1 V，所以应估读到 0.01 V，所以电压表的读数为 U2.60 V；同理，电流表的每小格读数为 0.02 A，应估读到 0.01 A，所以电流表的读 数为 I0.52 A。 (3)根据 R得：，又 R L S RS L U I 联立以上两式，代入数据得：4.2105 m。 答案(1)2.935(2)2.600.52(3)4.2105