2024年高考物理第一轮复习课件：第九章 实验十二　测量金属丝的电阻率

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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。(2)掌握螺旋测微器的使用方法和读数方法。(3)学会利用伏安法测电阻，进一步测出金属丝的电阻率。
(2)电路连接按如图甲所示的原理电路图连接好用伏安法测电阻的实验电路。(3)长度测量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，求出其平均值l。(4)U、I测量把滑动变阻器的滑动片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，记入表格内，断开开关S。(5)拆去实验线路，整理好实验器材。
2．注意事项(1)本实验中被测金属导线的电阻值较小，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、待测金属导线、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导线的两端。(3)测量被测金属导线的有效长度，是指测量待测导线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)测金属导线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接入电路的电阻值最大的位置。(6)在用伏安法测电阻时，通过待测导线的电流强度I不宜过大(电流表用0～0.6 A量程)，通电时间不宜过长，以免金属导线的温度明显升高，造成其电阻率在实验过程中逐渐增大。
3．误差分析(1)金属丝的横截面积是利用直径计算而得的，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)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。
【例1】　在测金属丝的电阻率的实验中：
[解析]　(1)金属丝的直径为0.01 mm×36.0＝0.360 mm。(2)实物连线如图：
[答案]　 (2)图见解析
【例2】　一探究小组要测量2B铅笔芯的电阻率，所用的实验器材有：电源E(9 V)，铅笔芯(最大阻值约6 Ω)，滑动变阻器(最大阻值20 Ω)，电流表A(最大量程为0.3 A，内阻约为0.5 Ω)，电压表V(最大量程为3 V，内阻约为1 000 Ω)，开关S。(1)将虚线框内测量铅笔芯电阻的实验电路图补充完整。
(2)实验中，改变连入电路的铅笔芯长度L，测出对应的电阻值R，测得的实验数据已描点在如图甲所示的R-L坐标系中，请画出R-L图线。
(3)用螺旋测微器测量铅笔芯的直径d，如图乙所示，其示数为________mm。(4)根据画出的R-L图线及测得的铅笔芯的直径，可求得铅笔芯的电阻率为________________________________________Ω·m(保留三位有效数字)。
3.77×10－5(3.73×10－5～3.79×10－5均可)
[答案]　(1)图见解析　(2)图见解析
【例3】　国标(GB/T)规定自来水在15 ℃时电阻率应大于13 Ω·m。某同学利用图甲电路测量15 ℃自来水的电阻率，其中内径均匀的圆柱形玻璃管侧壁连接一细管，细管上加有阀门K以控制管内自来水的水量，玻璃管两端接有导电活塞(活塞电阻可忽略)，右活塞固定，左活塞可自由移动。实验器材还有电源(电动势约为3 V，内阻可忽略)，电压表V1(量程为3 V，内阻很大)，电压表V2(量程为3 V，内阻很大)，定值电阻R1(阻值4 kΩ)，定值电阻R2(阻值2 kΩ)，电阻箱R(最大阻值9 999 Ω)，单刀双掷开关S，导线若干，游标卡尺，刻度尺。
实验步骤如下：A．用游标卡尺测量玻璃管的内径d；B．向玻璃管内注满自来水，并用刻度尺测量水柱长度L；C．把S拨到1位置，记录电压表V1的示数；D．把S拨到2位置，调整电阻箱阻值，使电压表V2的示数与电压表V1示数相同，记录电阻箱的阻值R；E．改变玻璃管内水柱长度，重复实验步骤C、D，记录每一次水柱长度L和电阻箱阻值R；F．断开S，整理好器材。
(4)本实验中，若电压表V1的内阻不是很大，则自来水的电阻率测量结果将________(选填“偏大”“不变”或“偏小”)。
[创新评价]　(1)测量自来水的电阻率。(2)通过活塞和阀门控制水柱的长度，根据闭合电路欧姆定律分析电路，应用电阻定律求解电阻率。(3)通过将开关S拨到1和2位置，根据欧姆定律确定两个电路的规律关系，得出自来水电阻的阻值，然后分析函数关系式与图像确定自来水的电阻率。
【例4】　在“导体电阻率的测量”的实验中，某同学所测的金属导体的形状如图甲所示，其横截面为空心的等边三角形，外等边三角形的边长是内等边三角形边长的2倍，内三角形为中空。为了合理选用器材设计测量电路，他先用多用电表的欧姆“×1”挡按正确的操作步骤粗测其电阻，指针如图乙所示，则示数应记为________Ω。
现利用实验室的下列器材，精确测量它的电阻R，以便进一步测出该材料的电阻率ρ：A．电源E(电动势为3 V，内阻约为1 Ω)B．电流表A1(量程为0～0.6 A，内阻r1 约为1 Ω)C．电流表A2(量程为0～0.6 A，内阻r2＝5 Ω)D．最大阻值为10 Ω的滑动变阻器R0E．开关S，导线若干
(1)请在图丙虚线框内补画出完整、合理的测量电路图。(2)先将R0调至最大，闭合开关S，调节滑动变阻器R0，记下各电表示数，再改变R0进行多次测量。在所测得的数据中选一组数据，用测得量和已知量来计算R时，若A1的示数为I1，A2的示数为I2，则该金属导体的电阻R＝________。
(3)该同学用直尺测量导体的长度为L，用螺旋测微器测量了外三角形的边长a。测边长a时，螺旋测微器示数如图丁所示，则a＝__________________________mm。用已经测得的物理量I1、I2、L、a及题中所给物理量可得到该金属材料电阻率的表达式为ρ＝____________。
5．663(5．661～5．665均可)
[解析]　多用电表的示数为6×1 Ω＝6 Ω。(1)由题给器材可知，没有电压表，可以用已知内阻的电流表与待测电阻并联测电压，用未知内阻的电流表测电流，测量电路如图所示。
[答案]　 (1)图见解析
[创新评价]　(1)测量横截面为空心的等边三角形形状导体的电阻率。(2)采用双电流表法测电阻。