高中物理 实验十二测定金属电阻率知识精讲 沪科版选修3-1

1、实验十二测定金属电阻率 基础回顾一、实验目的1.学习用伏安法测量电阻的阻值，测定金属的电阻率.2.练习使用螺旋测微器，会使用常用的电学仪器.二、实验原理由电阻定律得.金属导线的电阻R用伏安法测量，金属导线的长度l用米尺测量，金属导线的横截面积S可由其直径d算出，即，d可由螺旋测微器测出.三、实验器材金属丝螺旋测微器电流表电压表 直流电源滑动变阻器电键一个导线若干米尺(毫米刻度尺).四、实验步骤1.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，填入实验记录表格，求出其平均值d，计算出导线的横截面积.2.将金属丝两端固定在接线柱上悬空拉直，用毫米刻度尺测量接入电路中的金属导线的有效长度，

2、反复测量3次，填入实验记录表格，求出其平均值l.实验记录测量次数123平均值导线长(m)导线直径(m)导线的横截面积S=d2/4=(代入数据)_m2=_m2.图10-4-13.按如图10-4-1所示的电路图连好实物图，把滑动触头调节到连入电路中阻值最大的位置.4.电路经检查确认无误后，闭合电键S.改变滑动变阻器触头的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值，填入实验记录表格.断开电键S，求出导线电阻R的平均值.实验记录测量次数123电阻平均值电压U/V电流I/A电阻R/也可采用U-I图象法，求电阻R.5.所测金属的电阻率(代入数据)_ m=_ m.6.拆去实验线路，整理好实验器材.五

3、、注意事项1.在本实验中，由于所测金属导线的电阻一般较小，致使，故应采用电流表外接法.2.由于所测金属导线的电阻一般远小于滑动变阻器的最大阻值，故一般采用滑动变阻器的限流式接法.3.在用伏安法测电阻时，通过待测导线的电流值不宜过大，通电时间也不宜过长，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.六、误差分析1.测量误差:测量金属丝的直径、长度以及电流、电压时出现读数误差.2.由于采用电流表外接法，电压表的分流造成电阻测量值偏小(若误用内接法，则电流表分压影响更大).3.通电电流太大或时间太长，致使电阻丝发热，电阻率随之变化.经典剖析【例1】(2020江苏高考,10)某同学想要

4、了解导线在质量相同时，电阻与截面积的关系，选取了材料相同、质量相等的5卷导线，进行了如下实验:(1)用螺旋测微器测量某一导线的直径如图10-4-2所示.图10-4-2读得直径d=_ mm.(2)该同学经实验测量及相关计算得到如下数据:电阻/121.050.023.910.03.1导线直径d/0.8010.9991.2011.4941.998导线截面积S/20.5040.7841.1331.7533.135请你根据以上数据判断，该种导线的电阻R与截面积S是否满足反比关系?若满足反比关系，请说明理由；若不满足，请写出R与S应满足的关系.(3)若导线的电阻率=5.1107 m，则表中阻值为3.1 的

5、导线长度l=_(结果保留两位有效数字).思维快车:(2)在利用数据分析R与S关系前,也可先由公式导出其关系.,m=lS,为密度,联立得,即.解析:(1)螺旋测微器固定刻度部分读数为1 mm，可动刻度部分读数为20.00.01 mm=0.200 mm，故所测直径为1 mm+0.200 mm=1.200 mm.(2)直接用两组R、S值相乘(500.784=39.2，10.01.753=17.53)，可得R、S乘积明显不相等，可迅速判断结果“不满足”；并同时可简单计算50.00.9994501；101.4944101.54=50，两者接近相等，即R与d的四次方成反比，可迅速得出R与S2成反比.(3)

6、根据有:答案:(1)1.200(2)不满足，R与S2成反比(或RS2=常量)(3)19方法技巧计算时选择合适的数据可使计算简单方便，如本题中的(50.0，0.999，0.784)和(10.0，1.494，1.753).针对训练1(2020全国高考,22(1)某同学用螺旋测微器测量一铜丝的直径的示数如图10-4-3所示，该铜丝的直径为_ mm.图10-4-3解析:螺旋测微器固定刻度部分读数为4.5 mm，可动刻度部分读数为9.30.01 mm=0.093 mm,所以所测铜丝直径为4.593 mm.答案:4.593针对训练2在“测定金属的电阻率”实验中，需要测金属丝的长度和直径.现用最小分度为1

7、mm的米尺测金属丝长度，图10-4-4中箭头所指位置是拉直的金属丝两端在米尺上相对应的位置，测得的金属丝长度为_ mm.在测量金属丝直径时，如果受条件限制，身边只有米尺1把和圆柱形铅笔1支.如何较准确地测量金属丝的直径？请简述测量方法:_.图10-4-4解析:金属丝长度为982.0 mm10.0 mm=972.0 mm.第二问可采用的是积累法.答案:972.0在铅笔上紧密排绕金属丝N匝，用米尺量出该N匝金属丝的宽度D,由此可以计算得出金属丝的平均直径为D/N【例2】(2020浙大附中)有一根细长而粗细均匀的金属管线样品，横截面如图10-4-5所示.此金属管线长约30 cm，电阻约10 .已知这

8、种金属的电阻率为，因管内中空部分截面积形状不规则，无法直接测量，请你设计一个实验方案，测量中空部分的截面积S0，现有如下器材可选:图10-4-5A.毫米刻度尺B.螺旋测微器C.电流表A1(600 mA,1.0 )D.电流表A2(3 A,0.1 )E.电压表V(3 V,6 k)F.滑动变阻器R1(2 k,0.5 A)G.滑动变阻器R2(10 ,2 A)H.蓄电池E(6 V,0.05 )I.开关一个，带夹子的导线若干(1)上述器材中，应选用的器材有_(只填代号字母).(2)在下面方框中画出你所设计的电路图，并把图10-4-6的实物连成实际测量电路，要求尽可能测出多组有关数值.图10-4-6(3)实

9、验中要测量的物理量有:_.(4)计算金属管线内部空间截面积S0的表达式为:S0=_.思维快车:电压表只有3 V量程的可选,故金属管线两端的最大电压为3 V,由此求出流过金属线的最大电流,从而确定选用哪个电流表.解析:(1)流过此金属管线最大电流约为3 V10 =0.3 A，故电流表选量程600 mA的A1；电压表只有E可选.滑动变阻器R1最大阻值太大，不便于调节，故应选滑动变阻器R2.(2)由于故采用电流表外接法；要求尽可能测出多组有关数值，故应采用滑动变阻器的分压式接法.(3)用螺旋测微器测横截面边长a，用毫米刻度尺测金属管线长度L，电压表示数U，电流表示数I.(4)金属管线金属部分截面积S

10、=L/R，R=U/I，S0=a2S，联立解得:S0=a2IL/U.答案:(1)ABCEGHI(2)电路及实际测量电路如图10-4-7所示. 图10-4-7(3)见解析(4)a2IL/U规律总结实验连线时，为避免接线交叉和正负极性接错，应先从电源的正极出发，依次将电源、电键(断开状态)、电流表、待测金属导线、滑动变阻器连成主干线路(闭合电路)，然后再把电压表并联在待测金属导线的两端.即先接干路，后接支路.针对训练3(2020江苏南通)在做“测定金属丝的电阻率”的实验中，若待测金属丝的电阻约为5 ，要求测量结果尽量准确，提供以下器材供选择:A.电池组(3 V，内阻约1 )B.电流表(03 A，内阻

11、0.012 5 )C.电流表(00.6 A，内阻约0.125 )D.电压表(03 V，内阻4 k)E.电压表(015 V，内阻15 k)F.滑动变阻器(020 ，允许最大电流1 A)G.滑动变阻器(02 000 ，允许最大电流0.3 A)H.开关、导线若干(1)实验时应从上述器材中选用_(填写仪器前字母代号).图10-4-8(2)测电阻时，电流表、电压表、待测电阻Rx在组成测量电路时，应采用电流表_接法，电阻测量值比真实值偏_(选填“大”或“小”).(3)若用螺旋测微器测得金属丝的直径d的读数如图10-4-8所示，则读数为_ mm.(4)若用L表示金属丝的长度，d表示直径，测得电阻为R，请写出

12、计算金属丝电阻率的表达式=_.解析:(1)电源只能选A；因为电池组的电动势为3 V，为使电表能大角度偏转，故电压表选D；待测电阻流过的最大电流约为3 V5 =0.6 A，故电流表选C；滑动变阻器G最大阻值太大，不便于调节，故应选滑动变阻器F.(2)由于，故采用电流表外接法.(3)d=0.5 mm+40.00.01 mm=0.900 mm.答案:(1)ACDFH(2)外小(3)0.900(4)Rd24L即时训练1.如图10-4-9甲、乙所示为两种测电阻Rx的电路，下面说法正确的是()图10-4-9A.甲、乙都对，甲比乙的误差小B.甲、乙都对，甲比乙的误差大C.甲测大电阻时误差小，乙测小电阻时误差

13、小D.甲测小电阻时误差小，乙测大电阻时误差小解析:甲为电流表外接法，分流导致误差,用来测小电阻，乙为电流表内接法，分压导致误差,用来测大电阻.答案:D2.在“测定金属的电阻率”实验中，以下操作中错误的是().用米尺量出金属丝的全长三次，算出其平均值.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.用伏安法测电阻时采用电流表内接线路，多次测量后算出其平均值.实验中应保持金属丝的温度不变解析:因“测定金属的电阻率”实验中，所用电阻一般为几欧姆，电压表一般用03 V挡，内阻几千欧；电流表00.6 A挡，内阻零点几欧姆，所以测电阻时应采用电流表外接线路，选项C是错误的.答案:C3.(20

14、20湖北八校联考)(1)某学生用螺旋测微器在测定某一金属丝的直径时,测得的结果如图10-4-10甲所示,则该金属丝的直径d=_ mm.另一位学生用游标尺上标有20等分刻度的游标卡尺测一工件的长度,测得的结果如图10-4-10乙所示,则该工件的长度L=_ cm.甲乙图10-4-10(2)某待测电阻Rx的阻值约为20 ,现要测量其阻值,实验室提供器材如下:A.电流表A1(量程150 mA,内阻r1=10 )B.电流表A2(量程20 mA,内阻r2=30 )C.定值电阻R0=10 D.滑动变阻器R,最大阻值为10 E.电源E,电动势E=4 V(内阻不计)F.开关S及导线若干根据上述器材完成此实验,测

15、量时要求电表读数不得小于其量程的,请你在虚线框内画出测量Rx的一种实验原理图(图中元件用题干中相应英文字母符号标注).实验时电流表A1的读数为I1,电流表A2的读数为I2,用已知和测得的物理量表示Rx=_.解析:(1)d=3 mm+20.20.01 mm=3.202 mm,L=50 mm+30.05 mm=50.15 mm=5.015 cm.(2)此题是用伏安法测电阻.虽然没有电压表,但可以用电阻R0计算出Rx两端电压,如甲电路乙电路所以答案:(1)3.202(或3.201、3.203)5.015(2)如图甲或乙或4.(2020重庆高考,22)某研究性学习小组设计了如图10-4-11甲所示的电路,用来研究稀盐水溶液的电阻率与浓度的关系.图中E为直流电源,K为单刀单掷开关,K1为单刀双掷开关,V为电压表,A为多量程电流表,R为滑动变阻器,Rx为待测稀盐水溶液液柱.(1)实验时,闭合K之前将R的滑片P置于_(填“C”或“D”)端;当用电流表外接法测量Rx的阻值时,K1应置于位置_(填“1”或“2”).甲乙图10-4-11(2)在一定条件下,用电流表内、外接法得到Rx的电阻率随浓度变化的两条曲线如图乙所示(不计由于通电导致的化学变化).实验中Rx的通电面积为20 cm2,长度为20 c