1、实验实验 2 2 测量金属丝的电阻率测量金属丝的电阻率 学习目标 1.掌握测量金属丝电阻率的实验原理和方法.2.了解伏安法测电阻的思路及实验数据的处理方 法 一、实验思路 设计实验电路，如图 1，取一段金属电阻丝连接到电路中，测出电阻丝的电阻 R、长度 l 和直径 d(Sd 2 4 )， 由 Rl S得： RS l (用 R、S、l 表示)d 2R 4l (用 R、d、l 表示)，从而计算出该电阻丝所用材料的电阻率 图 1 二、物理量的测量 1电阻的测量 根据伏安法测电阻的思想：用电压表测电阻丝两端的电压，用电流表测电阻丝中的电流，读出多组电压、 电流值，通过 UI 图像求 R. 2电阻丝有效
2、长度的测量 用刻度尺测量电阻丝接入电路的有效长度 l.反复测量多次，得到有效长度的平均值 3电阻丝直径的测量 电阻丝比较细，所以我们选取螺旋测微器来测量电阻丝的直径 d.在不同位置测量三次，根据 S1 4d 2计算出 电阻丝的横截面积 S. 三、数据分析 1数据处理 (1)公式法求电阻：测量多组电流、电压值，求出对应的电阻后取平均值，不能对电流、电压取平均值 (2)图像法求电阻：作出 UI 图像，由图像的斜率求出电阻值，在设定标度时要尽量使各点间的距离拉大一 些，连线时要让各点均匀分布在直线的两侧，个别偏离较远的点可以不予考虑 (3)计算出导体的电阻率：将三个测量值代入公式 RS l d 2R
3、 4l 即可求电阻丝的电阻率 2误差分析 (1)电阻丝通电时温度升高，使所测电阻率比常温下电阻率略大 (2)电阻丝长度及电阻丝直径测量不准确 (3)采用电流表外接法测量电阻丝的电阻，使测量值比真实值小 一、实验原理和操作 (2019 北京清华附中高二上期中)在“测定金属丝的电阻率”的实验中： (1)用螺旋测微器测量金属丝的直径，其示数如图 2 甲所示，则该金属丝直径的测量值 d_ mm. 图 2 (2)按如图乙所示的电路图测量金属丝的电阻 Rx(阻值约为 15 )实验中除开关、若干导线之外还提供下列 器材： 电压表 V(量程 03 V)； 电流表 A1(量程 0200 mA)； 电流表 A2(
4、量程 03 A)； 滑动变阻器 R1(050 )； 滑动变阻器 R2(02 000 )； 电源 E(3 V) 为了调节方便，测量准确，实验中电流表应选_，滑动变阻器应选_(填器材的名称符号) (3)请根据如图乙所示电路图，用笔画线代替导线将图 3 中的实验器材连接起来，并使滑动变阻器的滑片 P 置于 b 端时接通电路后的电流最小 图 3 (4)若通过测量可知，金属丝的长度为 l，直径为 d，通过金属丝的电流为 I，对应金属丝两端的电压为 U， 由此可计算得出金属丝的电阻率 _.(用题目所给字母和通用数学符号表示) 答案 (1)0.384(0.3830.385 均可) (2)A1 R1 (3)见
5、解析图 (4)Ud 2 4Il 解析 (1)螺旋测微器固定刻度示数为零，可动刻度示数为 38.40.01 mm0.384 mm，故 d0.384 mm. (2)由于通过待测金属丝的最大电流为 Imax E Rx0.2 A，所以电流表应选择 A1；为调节方便，滑动变阻器应 选择 R1. (3)接法如图所示 (4)根据欧姆定律应有 RU I ，又 Rl S，S d2 4 ，联立可得 Ud 2 4Il . 二、实验数据处理 在“测定金属丝的电阻率”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. 图 4 (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 4 所示，
6、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(3 V)、理想电流表、理想电压表、滑动变阻器 R(0 20 ，额定电流 2 A)、开关、导线若干 图 5 某小组同学利用以上器材按照图 5 正确连接好电路，进行实验测量，记录数据如下： 次数 1 2 3 4 5 6 7 U/V 0.10 0.30 0.70 1.00 1.50 1.70 2.30 I/A 0.020 0.060 0.160 0.220 0.340 0.460 0.520 (3)图6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置于滑动变阻器的一端
7、 请 根据(2)所选的电路图， 补充完成图中实物间的连线， 并使闭合开关的瞬间， 电压表或电流表不至于被烧坏 图 6 (4)这个小组的同学在坐标纸上建立 UI 坐标系，如图 7 所示，图中已标出了与测量数据对应的 4 个坐标 点请在图中标出第 2、4、6 次测量数据的坐标点，并描绘出 UI 图线由图线得到金属丝的阻值 Rx _ (保留两位有效数字) 图 7 (5)根据以上数据可以估算出金属丝电阻率约为_ A110 2 m B110 3 m C110 6 m D110 8 m 答案 (1)0.398(0.3970.399 均正确) (3)见解析图 (4)见解析图 4.4(4.34.7 均可) (
8、5)C 解析 (1)螺旋测微器的读数为 0 mm39.80.01 mm0.398 mm. (3)实物图如图甲所示 (4)图线应过原点，选尽可能多的点连成一条直线，不在直线上的点均匀分布在直线两侧，明显偏离的点应 舍去，如图乙所示 图线的斜率表示金属丝的电阻，因此金属丝的电阻值 Rx4.4 . (5)根据 Rxl S得金属丝的电阻率 RxS l Rxd 2 4l 3.144.40.39810 32 40.5 m 1.0910 6 m，故选项 C 正确 1为了精确测量合金丝的电阻 Rx，设计出了如图 8 甲所示的实验电路图，按照该电路图完成图乙中的实物 图连接 图 8 答案 见解析图 解析 将电表
9、接入电路时注意电流要从正接线柱流入，连接图如图所示 2(2020 西南大学附中期末)某同学在测量一种均匀新材料电阻丝的电阻率，已知待测电阻 Rx约为 6.0 ， 相关测量步骤如下： (1)用刻度尺测量电阻丝接入电路的有效长度为 l0.900 0 m. (2)用螺旋测微器测量电阻丝直径(如图 9 所示)，从图中读出电阻丝的直径为_ mm. 图 9 (3)现要进一步精确测量其阻值，实验室提供了以下相关器材(要求测量结果尽量准确)： A电池组(3 V) B电流表(03 A) C电流表(00.6 A) D电压表(03 V) E电压表(015 V) F滑动变阻器(020 ，额定电流 1 A) G滑动变阻
10、器(01 000 ，额定电流 0.3 A) H开关，导线 实验时应选用的器材是_(填写各器材的字母代号) 答案 (2)0.600 (3)ACDFH 解析 (2)螺旋测微器的读数为 d0.5 mm10.00.01 mm0.600 mm. (3)需要电源，故选用 A；因待测电阻约 6 ，可知实验过程中电流较小，故选用电流表 C；电源提供 3 V 电 压，故选用电压表 D；为了方便操作，选用阻值较小的滑动变阻器，故选用 F；连接电路需要导线和开关， 故选择 H. 3在“探究电阻与导体长度、横截面积的关系”的实验中，用刻度尺测量金属丝直径时的刻度位置如图 10 所示，金属丝的匝数为 39，用刻度尺测出
11、金属丝的长度 L，金属丝的电阻大约为 5 ，先用伏安法测出金属 丝的电阻 R，然后用控制变量法探究电阻与导体长度、横截面积的关系 图 10 (1)从图中得出金属丝的直径为_mm. (2)为此取来两节新的干电池、开关和若干导线及下列器材： A电压表 03 V B电压表 015 V C电流表 00.6 A D电流表 03 A E滑动变阻器，010 F滑动变阻器，0100 要求较准确地测出其阻值，电压表应选_，电流表应选_，滑动变阻器应选_(填 序号) 实验中某同学的实物接线如图 11 所示，请指出该同学实物接线中的一处明显错误 图 11 错误：_. 答案 (1)0.646(0.6440.649 均可) (2)A C E 导线连接在滑动变阻器的滑片上 解析 (1)从题图可读出紧密绕制的金属丝的宽度为 2.52 cm，故直径为2.52 cm 39 0.064 6 cm0.646 mm. (2)因为两节干电池的电动势约为 3 V，电压表选 A；因为金属丝的电阻大约为 5 ，如果把 3 V 的电动势 全加在金属丝上，电流最大为 0.6 A，故电流表选 C；此题中金属丝的电阻大约为 5 ，为了减小实验误差， 滑动变阻器选 E.