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综合实践课例成果展示优秀论文（区一等奖）标题：不同浓度食盐水电阻率的测定陈太荣 高越（学生）学校：广东省广州市真光中学摘 要：通过实验的方法测定了不同浓度食盐水的电阻率，由变化曲线可以知道，食盐水的电阻率随食盐浓度的增大而减少，这主要是食盐浓度直接影响到了溶液中带电粒子的浓度；另外，从拟合曲线可以得到任意某个浓度下的食盐水电阻率，对我们进一步认识液体电阻的性质具有指导意义。实验结果还显示，浓度一定的情况下，食盐水的电阻率处处相同。关 键 词：食盐水；浓度；电阻率；液体导体；液体电阻0引言 物理实验是物理学科兴起和发展的基础，掌握高中物理实验，更是学好高中物理的重要手段。从新课程标准改革的趋势可以看出，学生通过实验要培养自己的观察能力、思维能力、自学能力以及发现问题、分析问题和解决问题的能力，培养学生掌握良好的实验方法和具备基本的实验能力和动手能力，因此，实验在高中物理学习中重要的地位1-2。 在众多的探究性实验中，液体导体的探究一直是一个实验探究的热点3-4。我们知道，电阻率用来表示各种物质电阻性质的物理量，其值的大小只与构成导体的材料及导体温度有关，跟导体两端所加的电压大小无关，与通过导体的电流也无关，由导体本身的性质决定。本文选食盐水为液体导体，探究不同浓度下，其电阻率大小及变化关系。1 实验原理（1）实验器材：干电池6节；滑动变阻器1个；开关1个；实验室学生用电流表 电压表各1个；规则的水槽、食盐、托盘天平（砝码）、玻璃棒、导线等等（2）实验原理及实验原理图（图0）：由欧姆定律可知，导体的电阻大小等于导体两端的电压与通过导体电流的比值，写成数学表达式为： （1）其中表示电阻的阻值，表示导体两端的电压，表示通过导体的电流。由材料本身的性质决定，具体表达式可写成 （2）其中，是导体电阻率，是导电液中两极板的宽度，是导体的横截面积。测出极板宽度及水槽内壁间的宽度和液面高度，那么由公式（2）做数学运算，可得： （3）这里、和的值都是多次测量所取的平均值。（3） 不同浓度食盐水的配制为了得到不同浓度的食盐水，我们先往水槽中装入适量的水，由质量、密度和体积三者之间的关系，我们知道， （4）可以得到没加食盐时水的质量，其中是水的密度，是水的体积。然后，用托盘天平称取食盐，由浓度的定义我们知道食盐水浓度可表示为 （5）往水槽里加入不同质量的食盐，在没有饱和之前，食盐水的浓度就会发生改变。食盐水浓度变化，就会导致溶液中带电离子浓度的改变，从而影响液体导体的导电率。2 实验结果讨论 通过以上实验原理，我们测定了常温下不同浓度下食盐水的电阻率。实验结果由表一、表二和表三及图1，图2和图3显示。在表一中，列出了不同浓度下，对应的食盐水的电阻和电阻率的值。从表中看到，当食盐水浓度在时，电阻率为，而氯化钠溶液在28.7时的标准值为0.983864。可见，我们的测量值比实际值略小，这主要是因为食盐的成分并非全部是氯化钠，仍有少部分其他元素，比如典，典在水中不是离子，故同样浓度下的食盐水溶液中的离子浓度要比氯化钠少；当然，另一方面的原因则是实验本身具有误差。在误差允许的范围内，我们的测量值跟真真实值一样。 设定两极板宽度为导体长度L=17.20 cm，我们在图1画出了不同浓度下食盐水电阻率的变化曲线，其中虚线表示拟合曲线。从图上看出，不同浓度食盐水电阻率是不同的，具体的说，食盐水电阻率随食盐水浓度的增大而减小。这是因为液体浓度增加，溶液中相对离子数目增多，溶液的导电性增强，电阻率减弱。这个结果很好的符合了浓度特性与溶液导电性之间的变化规律。 对比表一和表二我们发现，当食盐水浓度相同时，改变液体导体的长度，食盐水的电阻率不变。分析其原因，显然是因为离子在溶液中均衡分布，处处浓度一样，处于稳定状态。并且温度保持不变，离子的流动速度也不变，从而使液体导体的导电性能处处相同。 图2中，取极板宽度L=10.00 cm，对比图1我们发现：在相同的浓度下，只改变液体导体的长度并不影响其电阻率值得改变。从高中物理书本理论知识可以知道，对不同长度的导体，其电阻阻值的大小会有所不同，但其电阻率相同。因为电阻率只由构成物质的材料和温度所决定，当这两个条件不变时，电阻率是不会变化的。可见，我们的实验结果与已有的理论吻合。从多角度探究物理问题是我们学习高中物理的一个重要方法。图3中，我们换一个角度，画出了食盐水电阻率关于食盐质量的变化曲线。其总体变化特征仍然是随食盐质量的增大而减小，显然是因为加入水中食盐增多，溶液中带电离子的浓度加大的原因。3 结论本课题采用分压电路，分别用电压表和电流表测出了食盐水导体两端的电压和通过该导体的电流，从而由欧姆定律得等到食盐水的电阻。再结合电阻与电阻率的关系可以求出电阻率，从而得到食盐水的电阻率。通过对本课题的探究，我们知道了：不同浓度下食盐水电阻率是不同的，具体说来，是电阻率随着浓度的增大而减小，原因是离子浓度的增大，导电性增强。此外，我们还发现，当食盐水浓度不变时，溶液的电阻率处处一样，这一点与事实情况相符。另一方面，我们测量得到的食盐水电阻率与氯化钠溶液在相同浓度下电阻率略有偏小，因为食盐并非所有成分都是氯化钠，仍有少部分其他元素。本课题对我们进一步了解食盐水电阻的特性有一定的帮助，同时也能帮助学生进一步认识液体导体的特性。如果再考虑温度对食盐水电阻率的影响，可以使实验结果更加完美，这也将是我们下一步的探究工作。实验原理图图0、测定食盐水电阻率实验原理图表一、不同浓度食盐水的电阻和电阻率极板距离L=17.20 cm 电压U=5.0 V 水深度h=4.88 cm 宽度a=11.30 cm食盐水浓度C（%）00.51.01.52.02.53.0通电电流I（A）00.140.240.320.390.450.52食盐水电阻R（）35.7120.8315.6312.8211.119.62电阻率（m）1.140.66 0.500.410.350.30注：黑体数据为实验原始记录数据；红色数据为相应的计算结果表二、不同浓度食盐水的电阻和电阻率极板距离L=10.00 cm 电压U=5.0 V 水深度h=4.88 cm 宽度a=11.30 cm食盐水浓度C（%）00.51.01.52.02.53.0通电电流I（A）00.220.400.550.600.720.95食盐水电阻R（）22.7312.509.628.336.946.25电阻率（m）1.250.680.500.450.380.29注：黑体数据为实验原始记录数据；红色数据为相应的计算结果表三、不同质量食盐的食盐水电阻和电阻率极板距离L=17.20 cm 电压U=5.0 V 水深度h=3.75 cm 宽度a=11.30 cm食盐的质量m(g）051015202530通电电流I（A）00.130.200.240.330.370.70食盐水电阻R（）38.4625.0020.8315.1513.517.14电阻率（m）0.950.610.510.370.330.17注：黑体数据为实验原始记录数据；红色数据为相应的计算结果图1：食盐水电阻率关于浓度的变化曲线，其中实线（黑色）为实际曲线，虚线（红色）为拟合曲线；极板距离L=17.20 cm，水深度h=3.75 cm，宽度a=11.30 cm。图2：食盐水电阻率关于浓度的变化曲线，其中实线（黑色）为实际曲线，虚线（红色）为拟合曲线；极板距离d=10.00 cm，水深度h=4.88 cm，宽度a=11.30 cm。图3：食盐水电阻率关于食盐质量的变化曲线； 极板距离d=17.20 cm，水深度h=3.75 cm