实验测定金属的电阻率学案

学案8实验：测定金属的电阻率

[学习目标定位] 1.进一步掌握用伏安法测电阻的电路的设计思想.2.会用刻度尺测量金属丝的直径.3.掌握测定金属电阻率的实验原理、实验过程及数据处理方法．

一、实验原理

1．把金属丝接入电路中，用伏安法测金属丝的电阻R(R＝U

I

)．电路原理图

如图1所示．

图1

2．用毫米刻度尺测出金属丝的长度l，利用缠绕法用毫米刻度尺测出n圈

金属丝的宽度，求出金属丝的直径d，算出横截面积S(S＝πd2

4

)．

3．由电阻定律R＝ρl

S

，得ρ＝

RS

l

＝

πd2R

4l

＝

πd2U

4lI

，求出电阻率．

二、实验器材

毫米刻度尺、电压表、电流表、定值电阻、开关及导线、被测金属导线、电池、滑动变阻器．

实验操作

1．实验步骤

(1)测直径：取一段新的金属导线紧密绕制在铅笔上，用毫米刻度尺测出它的宽度，除以圈数，求出金属丝的直径，并记录．

(2)连电路：按如图2所示的电路图连接实验电路．

图2

(3)量长度：用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属导线的有效长度，反复测量3次，并记录．

(4)求电阻：把滑动变阻器的滑动触头调节到使接入电路中的电阻值最大的位置，电路经检查确认无误后，闭合开关S.改变滑动变阻器滑动触头的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值，记入表格内，断开开关S.

(5)拆除实验电路，整理好实验器材．

2．数据处理

(1)电阻R的值：

方法一，平均值法：分别计算电阻值再求平均值；

方法二，图象法：利用U－I图线的斜率求电阻．

(2)将测得的R x、l、d的值，代入电阻率计算公式ρ＝R x S

l

＝

πd2R x

4l

中，计算

出金属导线的电阻率．

3．实验注意事项

(1)为了方便，测量直径应在导线连入电路前进行，为了准确测量金属导线的长度，应该在连入电路之后在金属导线拉直的情况下进行．

(2)因一般金属丝电阻较小，为了减少实验的系统误差，必须选择电流表外

接法；

(3)本实验若用限流式接法，在接通电源之前应将滑动变阻器调到阻值最大状态．

(4)电流不宜过大(电流表用0～0.6 A量程)，通电时间不宜太长，以免电阻率因温度升高而变化．

一、仪器的选择和电路的设计

例

1在“测定金属的电阻率”的实验中，用螺旋测微器测出金属丝直径d，用米尺测出金属丝的长度L，金属丝的电阻大约为5 Ω，先用伏安法测出金属丝的电阻R，然后根据电阻定律计算出该金属丝的电阻率.

为此取来两节新的干电池、电键和若干导线及下列器材：

A．电压表0～3 V，内阻10 kΩ

B．电压表0～15 V，内阻50 kΩ

C．电流表0～0.6 A，内阻Ω

D．电流表0～3 A，内阻Ω

E．滑动变阻器， 0～10 Ω

F．滑动变阻器， 0～100 Ω

(1)要求较准确地测出其阻值，电压表应选__________，电流表应选________________，滑动变阻器应选________________. (填序号)

(2)实验中某同学的实物接线如图3所示，请指出该同学实物接线中的两处明显错误．

图3

错误 1 ________________________________________________________________ _____.

错误 2 ________________________________________________________________ ______.

解析 (1)电源是两节干电池，电动势是3 V，选用3 V量程的电压表A；因为金属丝的电阻大约为5 Ω，如果把3 V的电动势全加在金属丝上，电流才是0.6 A，因此用量程是0.6 A的电流表C；此题中金属丝的电阻大约为5 Ω，为了减小实验误差，应选10 Ω的滑动变阻器E.

答案(1)A C E (2)导线连接在滑动变阻器的滑片上采用了电流表内接法

二、数据处理和实物图的连线

例

2如图4所示，某同学设计了一个测量金属丝电阻率的实验，将已知直径为d的待测金属丝固定在接线柱a、b上，在金属丝上安装一个小金属滑片c，连接好电路，电路中R0是保护电阻．已知电压表的内阻远大于金属丝的电阻，电压表的分流作用可以忽略不计．闭合开关后得电流表的读数为I0，电压表的读数为U0调节滑片c的位置，分别测出长度L及所对应的电压值U，然后作出U－L图象．如图乙所示．

图4

(1)在下图所示的A、B、C、D四个测量电路应选________电路．

(2)根据所选电路图在图甲中进行实物连线．

(3)测得图乙中图线的斜率为k，由此可得该金属丝的电阻率为________．解析(1)待测电阻是金属丝ac部分，

依题意应采用电流表外接法，故选A电路；

(3)由实验原理R＝U0

I0

＝ρ

L

S

，S＝π(

d

2

)2，

得ρ＝πd2U0

4I0L

，又k＝

U0

L0

，

故ρ＝πd2 4I0

k.

答案(1)A (2)实物连线如图所示(3)πd2 4I0

k