11.3 实验：导体电阻率的测量2022-2023学年高一物理同步精品讲义（人教版2019版必修第三册)

11.3 导体电阻率的测量 1．实验目的 （1）掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法及电流表和电压表的读数方法。 （2）会用伏安法测电阻，进一步测定金属的电阻率。 2．实验原理：由R＝ρ得ρ＝，因此，只要测出金属丝的长度和它的直径d，计算出横截面积S，并用伏安法测出电阻Rx，即可计算出金属丝的电阻率。 3．实验器材：被测金属丝，直流电源（4 V），电流表（0～0。6 A），电压表（0～3 V），滑动变阻器（50 Ω），开关，导线若干，螺旋测微器，毫米刻度尺。 4．实验步骤 （1）用螺旋测微器在被测金属丝上的三个不同位置各测一次直径，求出其平均值d。 （2）连接好用伏安法测电阻的实验电路。 （3）用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属丝的有效长度，反复测量三次，求出其平均值l。 （4）把滑动变阻器的滑片调节到使接入电路中的电阻值最大的位置。 （5）闭合开关，改变滑动变阻器滑片的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值，填入记录表格内。 （6）拆除实验线路，整理好实验器材。 （7）将测得的Rx、l、d值，代入公式R＝ρ和S＝中，计算出金属丝的电阻率。 5．注意事项 （1）先测直径，再连电路：为了方便，测量直径时应在金属丝连入电路之前测量。为了准确，应测量拉直悬空的连入电路的导线的有效长度，且各测量三次，取平均值。 （2）测量待测金属丝的有效长度，是指测量待测金属丝接入电路的两个端点之间的长度，亦即电压表两端点间的待测金属丝长度，测量时应将金属丝拉直，反复测量三次，求其平均值。 （3）实验连线时，应先从电源的正极出发，依次将电源、开关、电流表、待测金属丝、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丝的两端。 （4）电流表外接法：本实验中被测金属丝的阻值较小，故采用电流表外接法。且测电阻时，电流不宜过大，通电时间不宜太长。 （5）电流控制：电流不宜过大，通电时间不宜过长，以免金属丝温度过高，导致电阻率在实验过程中变大。 （6）闭合开关S之前，一定要使滑动变阻器的滑片处在有效电阻值最大的位置。 （7）在用伏安法测电阻时，通过待测金属丝的电流强度I不宜过大（电流表用0～0。6 A量程），通电时间不宜过长，以免金属丝的温度明显升高，造成其电阻率在实验过程中逐渐增大。 （8）为准确求出R的平均值，应多测几组U、I数值，若采用图象法求R的平均值时，在描点时，要尽量使各点间的距离拉大一些，连线时要尽可能地让各点均匀分布在直线的两侧，个别明显偏离较远的点可以不予考虑。 6．数据处理 （1）在求Rx的平均值时可用两种方法 ①用Rx＝ 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：将记录的数据Rx、l、d的值代入电阻率计算式ρ＝Rx＝。 7．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。 突破点一、实验原理与操作 【题1】在测量金属丝电阻率的实验中，可供选用的器材如下： 待测金属丝：Rx（阻值约4 Ω，额定电流约0.5 A）；电压表：V（量程3 V，内阻约3 kΩ）； 电流表：A1（量程0.6 A，内阻约0.2 Ω）；A2（量程3 A，内阻约0.05 Ω）； 电源：E1（电动势3 V，内阻不计）；E2（电动势12 V，内阻不计）； 滑动变阻器：R（最大阻值约20 Ω）；螺旋测微器；毫米刻度尺；开关S；导线。 （1）用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图所示，读数为________mm。 （2）若滑动变阻器采用限流接法，为使测量尽量精确，电流表应选________，电源应选________（均填器材代号），在虚线框内完成电路原理图。 【答案】（1）1.773（1.771～1.775均正确）　（2）A1　E1　见解析图 【解析】（1）根据螺旋测微器的读数规则读数，1.5 mm+27.3×0.01 mm＝1.773 mm。 （2）待测金属丝的额定电流约为0.5 A，用A2时指针偏角太小，造成测量结果不准确。因电压表的量程是3 V，用E2时有可能烧坏电压表．因＝>＝，用电流表的外接法．电路图如图所示。 【题2】为了测量某待测电阻Rx的阻值（约为30 Ω），有以下一些器材可供选择。 电流表A1（量程0～50 mA，内阻约10 Ω）；电流表A2（量程0～3 A，内阻约0.12 Ω）； 电压表V1（量程0～3 V，内阻很大）； 电压表V2（量程0～15 V，内阻很大）； 电源E（电动势约为3 V，内阻约为0.2