人教2023年高考物理一轮复习(全国版) 第9章 实验九　测量金属的电阻率.docx

实验九　测量金属的电阻率
目标要求　1.熟悉“测量金属的电阻率”的基本原理及注意事项.2.掌握测电阻率的电路图及误差分析．
实验技能储备
1．实验原理(如图所示)
由R＝ρ得ρ＝＝，因此，只要测出金属丝的长度l、直径d和金属丝的电阻R，即可求出金属丝的电阻率ρ.
2．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(0～50 Ω)，开关，导线若干，螺旋测微器，毫米刻度尺．
3．实验过程
(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到最左(填“左”或“右”)端．
(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)将测得的R、l、d值，代入公式ρ＝中，计算出金属丝的电阻率．
4．求R的平均值时可用两种方法
(1)用R＝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．
5．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)测量被测金属丝的有效长度，是指测量被测金属丝接入电路的两个端点之间的长度，亦即
电压表两端点间的被测金属丝长度，测量时应将金属丝拉直，反复测量三次，求其平均值．
(3)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．
(4)在用伏安法测电阻时，通过被测金属丝的电流不宜过大(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．
(5)若采用图象法求电阻阻值的平均值，在描点时，要尽量使各点间的距离拉大一些，连线时要尽可能地通过较多的点，不在直线上的点均匀分布在直线的两侧，个别明显偏离较远的点应舍去．
6．误差分析
(1)金属丝直径、长度的测量、读数等人为因素带来误差．
(2)测量电路中电流表及电压表对电阻测量的影响，因为电流表外接，所以R测<R真，由R＝ρ，知ρ测<ρ真．
(3)通电电流过大，时间过长，致使金属丝发热，电阻率随之变化带来误差．
考点一　教材原型实验
例1　(2022·安徽省高三模拟)某同学在一次“测定金属丝的电阻率”的实验中，用米尺测量金属丝接入电路的长度为l，用螺旋测微器测量金属丝直径(刻度位置如图所示)，用伏安法测出金属丝的电阻(阻值大约为6 Ω)，然后根据电阻定律计算出该金属材料的电阻率．
在用伏安法测定金属丝的电阻时，除被测金属丝外，还有如下实验器材：
A．直流电源：电动势约3 V，内阻很小；
B．电流表A：量程0～0.6 A，内阻约为0.125 Ω；
C．电压表V：量程0～3 V，内阻约3 kΩ；
D．滑动变阻器：最大阻值20 Ω，允许通过的最大电流0.5 A；
E．开关、导线等．
(1)从图中读出金属丝的直径d为________ mm；
(2)根据所提供的器材，在虚线框中画出测定金属丝电阻的实验电路图；
(3)若根据伏安法测出金属丝的阻值为R，则这种金属材料的电阻率的表达式为________．
答案　(1)0.935　(2)见解析图　(3)
解析　(1)从题图中读出金属丝的直径为
d＝0.5 mm＋43.5×0.01 mm＝0.935 mm
(2)因测量金属丝的电阻电流不能太大，由I＝结合电流表读数，电流表应满足偏转一半以上，故总电阻大于5 Ω且小于10 Ω，滑动变阻器可以用限流式接法；由于待测金属丝的电阻值较小，电流表应用外接法，电路图如图所示：
(3)根据电阻定律，有R＝ρ
其中S＝πd2
则ρ＝.
例2　在“测定金属的电阻率”实验中，所用测量仪器均已校准，待测金属丝接入电路部分的长度约为50 cm.
(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径，其中某一次测量结果如图甲所示，其读数应为_______ mm.
(该值接近多次测量的平均值)
(2)用伏安法测金属丝的电阻Rx，实验所用器材为：电池组(电动势为3 V，内阻约为1 Ω)、电流表(内阻约为0.1 Ω)、电压表(内阻约为3 kΩ)、滑动变阻器R(0～20 Ω，额定电流为2 A)、开关、导线若干．某小组同学利用以上器材正确连接好电路，进行实验测量，记录数据如下：
次数
1
2
3
4
5
6
7
U/V
0.10
0.30
0.70
1.00
1.50
1.70
2.30
I/A
0.020
0.060
0.160
0.220
0.340
0.