實驗八測定金屬的電阻率一、實驗?zāi)康?．掌握螺旋測微器的原理及讀數(shù)方法。2．掌握電流表、電壓表和滑動變阻器的使用方法及電流表和電壓表的讀數(shù)方法。

3．會用伏安法測電阻，并能測定金屬絲的電阻率。二、實驗原理與要求[基本實驗要求]1．實驗原理根據(jù)電阻定律公式知道只要測出金屬絲的長度和它的直徑d，計算出橫截面積S，并用伏安法測出電阻Rx，即可計算出金屬絲的電阻率。2．實驗器材被測金屬絲、直流電源(4V)、電流表(0～0.6A)、電壓表(0～3V)、滑動變阻器(50Ω)、開關(guān)、導(dǎo)線若干、螺旋測微器、毫米刻度尺。3．實驗步驟(1)用螺旋測微器在被測金屬絲上的三個不同位置各測一次直徑，求出其平均值d。(2)連接好用伏安法測電阻的實驗電路。(3)用毫米刻度尺測量接入電路中的被測金屬絲的有效長度，反復(fù)測量三次，求出其平均值l。2．注意事項(1)先測直徑，再連電路：為了方便，測量直徑應(yīng)在金屬絲連入電路之前測量。(2)電流表外接法：本實驗中被測金屬絲的阻值較小，故采用電流表外接法。(3)測量金屬絲的有效長度：測量時應(yīng)將金屬絲接入電路并拉直，測量待測金屬絲接入電路的兩個端點之間的長度。(4)電流控制：電流不宜過大，通電時間不宜過長，以免金屬絲溫度過高，導(dǎo)致電阻率在實驗過程中變大。3．誤差分析(1)測量電阻時采用外接法，電壓表分流產(chǎn)生誤差。(2)長度和直徑的測量產(chǎn)生誤差。命題點一教材原型實驗

實驗原理與操作[典例1]

某學(xué)生用如圖甲所示的電路測金屬導(dǎo)線的電阻率，可供使用的器材有：被測金屬導(dǎo)線ab，電阻約10Ω，允許流過的最大電流為0.8A；穩(wěn)恒電源E，電源輸出電壓恒為E＝12V；電壓表V，量程為3V，內(nèi)阻約5kΩ；保護電阻，R1＝10Ω，R2＝30Ω，R3＝200Ω；刻度尺、螺旋測微器，開關(guān)S，導(dǎo)線若干等。實驗時的主要步驟如下：①用刻度尺量出導(dǎo)線ab的長度l，用螺旋測微器測出導(dǎo)線的直徑d。②按如圖甲所示電路將實驗所需器材用導(dǎo)線連接好。③閉合開關(guān)S，移動接線觸片P，測出aP長度x，讀出電壓表的示數(shù)U。④描點作出Ux圖線求出金屬導(dǎo)線的電阻率ρ。完成下列填空：(1)用螺旋測微器測量金屬導(dǎo)線的直徑d，其示數(shù)如圖乙所示，該金屬導(dǎo)線的直徑d＝________mm。(2)如果實驗時既要保證安全，又要測量誤差較小，保護電阻R應(yīng)選_____。(3)根據(jù)多次實驗測出的aP長度x和對應(yīng)每次實驗讀出的電壓表的示數(shù)U畫出的Ux圖線如圖丙所示，其中圖線的斜率為k，則金屬導(dǎo)線的電阻率ρ＝________。(用實驗器材中給出的物理量字母和實驗步驟中測出的物理量字母表示)

數(shù)據(jù)處理與分析[典例2]

小張同學(xué)打算測量由某種合金材料制成的金屬絲的電阻率ρ，待測金屬絲的橫截面為圓形。實驗器材有：毫米刻度尺、螺旋測微器、電壓表(內(nèi)阻約幾千歐)、電流表(內(nèi)阻約幾歐)、滑動變阻器、電源、開關(guān)、待測金屬絲及導(dǎo)線若干。(1)用毫米刻度尺測量待測金屬絲的長度，用螺旋測微器測量其直徑，結(jié)果分別如圖1和圖2所示，可得其長度L＝________cm，直徑D＝________mm。圖1圖2

(2)該同學(xué)要用圖像法求出待測金屬絲的阻值，要求電壓從0開始變化。請將圖3所示實物電路圖中所缺導(dǎo)線補全。圖3圖4(3)圖4是根據(jù)實驗中測得的6組電流I、電壓U的值描繪的點，由圖可求出電阻值R＝________Ω(保留三位有效數(shù)字)。(4)請寫出待測金屬絲的電阻率ρ的表達式ρ＝________(用測得的物理量符號和已知常數(shù)表示)。[解析]

(1)待測金屬絲長度測量值為59.40cm；螺旋測微器的讀數(shù)為0＋43.4×0.01mm＝0.434mm，即待測金屬絲直徑測量值為0.434mm。(2)要求電壓從0開始變化，故滑動變阻器采用分壓接法；待測金屬絲電阻較小，電流表采用外接法。實物電路圖連接如圖甲所示。甲乙

命題點二實驗創(chuàng)新設(shè)計

實驗器材創(chuàng)新[典例3]

(2019·高考天津卷)現(xiàn)測定長金屬絲的電阻率。(1)某次用螺旋測微器測量金屬絲直徑的結(jié)果如圖所示，其讀數(shù)是________mm。(2)利用下列器材設(shè)計一個電路，盡量準確地測量一段金屬絲的電阻。這段金屬絲的電阻Rx約為100Ω，畫出實驗電路圖，并標明器材代號。電源E(電動勢10V，內(nèi)阻約為10Ω)電流表A1(量程0～250mA，內(nèi)阻R1＝5Ω)電流表A2(量程0～300mA，內(nèi)阻約為5Ω)滑動變阻器R(最大阻值10Ω，額定電流2A)開關(guān)S及導(dǎo)線若干(3)某同學(xué)設(shè)計方案正確，測量得到電流表A1的讀數(shù)為I1，電流表A2的讀數(shù)為I2，則這段金屬絲電阻的計算式Rx＝________。從設(shè)計原理看，其測量值與真實值相比________(選填“偏大”“偏小”或“相等”)。創(chuàng)新評價本題的創(chuàng)新點在于利用“安—安”法替代“伏—安”法，用已知內(nèi)阻的電流表A1充當(dāng)電壓表，利用電流之差測通過Rx的電流，使電阻的測量在設(shè)計上不存在誤差。

實驗數(shù)據(jù)處理創(chuàng)新[典例4]

市場上銷售的銅質(zhì)電線電纜產(chǎn)品中，部分存在導(dǎo)體電阻不合格問題，質(zhì)檢部門檢驗發(fā)現(xiàn)一個是銅材質(zhì)量不合格，使用了再生銅或含雜質(zhì)很多的銅；再一個就是銅材質(zhì)量可能合格，但截面積較小。某興趣小組想應(yīng)用所學(xué)的知識來檢測實驗室中一捆銅電線的電阻率是否合格。小組成員經(jīng)查閱，純銅的電阻率為1.8×10－8

Ω·m。現(xiàn)取橫截面積約為1mm2、長度為100m(真實長度)的銅電線，進行實驗測量其電阻率，實驗室現(xiàn)有的器材如下：A．電源(電動勢約為5V，內(nèi)阻不計)；

B．待測長度為100m的銅電線，橫截面積約1mm2；C．電壓表V1(量程為3V，內(nèi)阻約為0.5kΩ)；D．電壓表V2(量程為5V，內(nèi)阻約為3kΩ)；E．電阻箱R(阻值范圍0～999.9Ω)；F．定值電阻R0＝1Ω；G．開關(guān)、導(dǎo)線若干。(1)小組成員先用螺旋測微器測量該銅電線的直徑d，如圖甲所示，則d＝________mm。(2)小組設(shè)計的測量電路如圖乙所示，則P是________，N是________，通過實驗作出的圖像如圖丙所示。(填器材名稱及對應(yīng)符號)(3)這捆銅電線的電阻率ρ＝________Ω·m(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)；你認為電阻率大的可能原因是_________。(4)本實驗中銅電線的電阻率測量值比真實值將會________(選填“偏大”“不變”或“偏小”)，原因是___________。

實驗?zāi)康膭?chuàng)新[典例5]

(2021·四川內(nèi)江模擬)國標(GB/T)規(guī)定自來水在15℃時電阻率應(yīng)大于13Ω·m.某同學(xué)利用圖甲電路測量15℃自來水的電阻率，其中內(nèi)徑均勻的圓柱形玻璃管側(cè)壁連接一細管，細管上加有閥門K以控制管內(nèi)自來水的水量，玻璃管兩端接有導(dǎo)電活塞(活塞電阻可忽略)，右活塞固定，左活塞可自由移動。實驗器材還有：電源(電動勢約為3V，內(nèi)阻可忽略)，電壓表V1(量程為3V，內(nèi)阻很大)，電壓表V2(量程為3V，內(nèi)阻很大)，定值電阻R1(阻值為4kΩ)，定值電阻R2(阻值為2kΩ)，電阻箱R(最大阻值為9999Ω)，單刀雙擲開關(guān)S，導(dǎo)線若干，游標卡尺，刻度尺。實驗步驟如下：A．用游標卡尺測量玻璃管的內(nèi)徑d；

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