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1、实验八 测定金属丝的电阻 率 一、实验目的 1掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法。 2掌握螺旋测微器和游标卡尺的使用和读数方法。 3会用伏安法测电阻，进一步测定金属的电阻率。 二、实验原理 U 1把金属丝接入电路中，用伏安法测金属丝的电阻，Rx ，因为金属丝的电阻为小电阻， I 所以采用电流表外接法。实验电路图如图所示。 2用毫米刻度尺测金属丝接入电路部分的长度 l，用螺旋测微器测得金属丝的直径 d， d2 算 出横截面积 S 。 4 l d2U 3根据电阻定律 R ，得金属丝电阻率 。 S 4lI 三、实验器材 被测金属丝，直流电源(4 V)，电流表(00.6 A)，电压表(03 V)
2、，滑动变阻器(50 )， 开关，导线若干，螺旋测微器，毫米刻度尺。 四、实验步骤 1 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，计算 d2 出 横截面积 S 。 4 2将金属丝两端固定在接线柱上悬空挂直，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 3 次，求出其平均值 l。 3按实验电路图连接好用伏安法测电阻的实验电路，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。 4电路经检查确认无误后，闭合开关 S，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，断开开关 S，求出导线电阻 R的平均值。 测量时通过
3、金属丝的电流应控制在 1.00 A 以下，本实验中电流表量程为 00.6 A，每次 通电时间应尽量短(以能读取电表数据为准)，读数完毕立即断开开关 S，防止温度升高使金属 丝长度和电阻率发生明显变化。计算时，务必算出每次的电阻值再求平均值，不能先分别求电 压 U和电流 I的平均值，再由欧姆定律得平均值，否则会带来较大计算误差。完成表格。 5拆除实验线路，整理好实验器材 五、数据处理 1求 Rx U (1)计算法：用 Rx 分别算出各次的数值，再取平均值。 I (2)图象法：画出 UI图象，UI图象的斜率等于 Rx。 S d2U 2计算电阻率：将记录的数据 U、I、l、d的值代入电阻率计算式 R
4、x 。 l 4lI 六、误差分析 1系统误差 (1)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。 (2)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。 2偶然误差 (1)金属丝的横截面积是利用直径计算而得到的，直径的测量是产生误差的主要来源之一。 (2)金属丝的长度测量、电流表和电压表的读数等均会带来偶然误差。 七、注意事项 1本实验中被测金属丝的电阻值较小，因此实验电路一般采用电流表外接法。 2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
5、在待测金属丝的两端。 3测量被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， 2 亦即电压表两端点间的待测导线长度，测量时应将导线拉直，反复测量三次，求其平均值。 4测金属丝直径一定要选三个不同部位进行测量，求其平均值。 5闭合开关 S 之前，一定要使滑动变阻器的滑片处在电阻值最大的位置。 6求 R 的平均值时若采用图象法，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。 考点 1 基础实验 例 1 (2017常州模考)某同学要测量一根均匀电阻丝的电阻率。他在电阻丝两端分别 接了接线柱 a、b，并将电
6、阻丝固定在米尺上，米尺的中间设置了一个可沿电阻丝滑动的触头 c，c 的上端为接线柱，a、c 间的长度可在米尺上直接读出，如图 1 所示。可供选择的器材有： A待测电阻丝(长约 80 cm，阻值小于 5 )； B电压表 03 V，内阻约 3 k； C电流表 00.6 A，内阻约 0.5 ； D电池组：电动势 3 V，内阻很小； E滑动变阻器 R，总阻值 10 ； F开关，导线若干； G螺旋测微器。 (1)该同学用螺旋测微器测量电阻丝的直径，其刻度如图 2 所示，读数为_mm。 (2)该同学认为，应尽量避免由于电流热效应导致的电阻率变化，为此，应使 a、b 间电压 保持不变，只改变触头 c 的位置
7、，测量 a、c 间的电压 U，寻找 U 和 a、c 间电阻丝长度 L 的关 系，即可实现测量电阻率的目的。根据上述分析，完成下列问题： 实验中采用的思想方法是_。(将选项前的字母填在横线上) A等效替代法 B建立理想模型法 C控制变量法 D实验推理法 滑动变阻器所起的作用主要是_。(将选项前的字母填在横线上) A调节电压表和电流表的示数，实现多次测量 B使电阻丝 a、b 间保持适当电压，充当保护电阻的作用 根据以上分析，将图 3 连成实验电路。 3 (3)该同学通过改变触头 c 的位置，分别测出了五组长度 L 与对应的电压 U 的数据(电流表 示数保持在 0.50 A 不变)，并已描在坐标纸上
8、，如图 4 所示。请根据图 4 上的数据点描绘出图 线，算出图线的斜率 k_V/m。(结果保留两位有效数字) (4)根据上面提供的有关数据计算该电阻丝的电阻率 _m。(结果保留两位 有效数字) 解析 (1)螺旋测微器读数为(1.547.70.01) mm1.977 mm。 (2)保持 a、b 间电压不变，即保持电阻丝中电流不变，a、c 间的电压 U 与电阻丝长度 L 成正比，体现了控制变量法，C 正确。滑动变阻器使电阻丝 a、b 间保持适当电压，充当保 护电阻的作用，B 正确。电阻丝总阻值远小于电压表内阻，应采用电流表外接法。 4 U (3)图线如图乙所示。由图乙图线可知，斜率 k 1.9 V
9、/m。 L L d2 (4)a、c 间电压 UIRI ，电阻丝的截面积 S d2，可得电阻率 k ，代入 S 4 4I k、d、I 的数值，得 1.2105 m。 答案 (1)1.977(1.9761.978均正确) (2)C B 见解析图甲 (3)见解析图乙 1.9 (4)1.2105 (1)熟练掌握游标卡尺和螺旋测微器的读数。 (2)滑动变阻器有两种接法，一般 Rx 比滑动变阻器最大阻值小，又没有要求测量电压从零 开始，选择限流式接法，例 1 中 Rx 小于 5 ，滑动变阻器最大阻值 10 ，采用限流式接法。 如果 Rx 大于滑动变阻器的最大阻值，一般采用分压式接法。 (3)对于给定电压表、电流表内阻的情况下，一般 Rx RVRA；采用内接法；Rx RVRA，采用 外接法。 (4)有时用图象法处理数据也是减小误差的一种很好的方法。 (2017河北石家庄二模)为测量某金属丝的电阻率，小芳同学利用如图甲所示的电路测量 金属丝的电阻。已知被测金属丝的总电阻约为 20 ，金属丝装在木板上的 a 和 b 两个固定接 线柱上。提供的器材有： 电池组 E：电动势为 3.0 V，内阻约 1 ；电流表 A1：量程 0100 mA，内阻约 5 ；电 流表 A2：量程 00.6 A，内阻约 0.2 ；电阻箱 R：0999.9 ；开关、导线若干。 5