实验 测量金属的电阻率
一、基本原理与操作
器材及电路 操作要领 (1)测量直径：一定要选三个不同部位进行测量，求其平均值。 (2)测量有效长度：测量待测导线接入电路的两个端点之间的长度，测量时应将导线拉直，反复测量三次，求其平均值。 (3)连接电路：电流表采用外接法，滑动变阻器用限流式接法。 (4)滑片位置：闭合开关S之前，一定要使滑动变阻器的滑片处于有效电阻值最大的位置。 (5)控制电流：在用伏安法测电阻时，通过待测导线的电流I不宜过大(电流表用0～0.6 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。 二、数据处理 1.在求Rx的平均值时可用两种方法
U
(1)用Rx＝I分别算出各次的数值，再取平均值。 (2)用U－I图线的斜率求出。 2.计算电阻率
Sπd2U
将记录的数据Rx、l、d的值代入电阻率计算式ρ＝Rxl＝4lI。 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。
教材原型实验
【例1】 某实验小组尝试测量一段电阻丝的电阻率。可供选择的器材有： A.电池组E(电动势为3 V，内阻约5 Ω)； B.电压表V(量程为0～3 V，内阻约15 kΩ)； C.电阻箱R(0～999.9 Ω)； D.开关、导线若干。
图1
完成下列填空：
(1)把电阻丝拉直后用螺旋测微器测量电阻丝的直径，测量结果如图1甲所示，其读数为d＝________mm。
(2)将电阻丝两端固定在有刻度尺的接线板两端的接线柱上，在被固定的电阻丝上夹一个与接线柱c相连的小金属夹P。实验要求将a、c端接入电路，且将小金属夹P右移、电阻箱的阻值减小时，接入电路的电压表读数保持不变，如图乙所示，请用笔画线代替导线在图丙中完成电路的连接。 (3)图乙中电压表读数为U＝________V。
(4)改变金属夹P与电阻丝接触点的位置，调整电阻箱接入电路中的阻值，使电压表读数保持不变，如图乙所示。重复多次，记录每一次电阻箱的阻值R和接
入电路的电阻丝长度L，数据如表格所示。断开开关，整理实验器材。请在图丁中描点，并作出R－L图象。
R/Ω L/cm 21.0 20.00 17.0 40.00 13.0 60.00 9.0 80.00 (5)根据R－L图象和已知数据，可求出该电阻丝的电阻率为________Ω·m。(计算结果保留2位有效数字)
解析 (1)螺旋测微器的读数为0 mm＋40.0×0.01 mm＝0.400 mm。
(2)实验要求a、c接入电路，且P右移、电阻箱阻值减小时，电压表读数保持不变，则电阻箱和电阻丝应该串联，电压表测量两者的电压和。实验电路连接见答案图甲所示。
(3)电压表估读到0.01 V，故电压表读数为2.50 V。 (4)R－L图象见答案图乙所示。
ρ?ΔR?
??(5)由作出的R－L图象可知，|k|＝20 Ω/m，由电阻定律可知|ΔR|＝|ΔL|·
S，?ΔL?＝ρ
|k|＝S，代入题给数据得ρ＝S|k|＝π×(0.2×10－3)2×20 Ω·m＝2.5×10－6 Ω·m。 答案 (1)0.400 (2)如图甲所示 (3)2.50 (4)如图乙所示 (5)2.5×10－6
实物连线的注意事项
(1)画线连接各元件，一般先从电源正极开始，按照电路原理图依次到开关，再到滑动变阻器，按顺序以单线连接方式将主电路中串联的元件依次串联起来，其次将要并联的元件并联到电路中去。
(2)连线时要将导线接在接线柱上，两条导线不能交叉。
(3)要注意电表的量程和正、负接线柱，要使电流从电表的正接线柱流入，从负接线柱流出。
实验拓展创新
在测量金属的电阻率的实验中，其核心是伏安法测电阻，伏安法是电阻测量的基本方法，测量电阻也可以使用多用电表的欧姆挡测量，除了以上两种方法，在一定的实验条件下，测量电阻还有四种巧妙方法：等效替代法、半偏法、差值法及电桥法。
命题角度1 等效替代法测电阻
测量某电阻(或电流表、电压表的内阻)时，用电阻箱替换待测电阻，若二者对电路所起的作用相同(如电流或电压相等)，则待测电阻与电阻箱连入的电阻是等效的。
1.电流等效替代 实验步骤：
(1)按如图2所示的电路图连接好电路，并将电阻箱R0的阻值调至最大，滑动变阻器的滑片P置于a端。
图2
(2)闭合开关S1、S2，调节滑片P，使电流表指针指在适当的位置，记下此时电流表的示数为I。
(3)断开开关S2，再闭合开关S3，保持滑动变阻器滑片P位置不变，调节电阻箱，使电流表的示数仍为I，读出电阻箱连入电路的阻值R0。 (4)此时R0与未知电阻Rx的阻值等效，即Rx＝R0。 2.电压等效替代 实验步骤：
(1)按如图3所示电路图连好电路，并将电阻箱R0的阻值调至最大，滑动变阻器的滑片P置于a端。
相关推荐：
loading