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“测定金属电阻率”的难点与考点


□ 钱 洁

  近几年的高考物理实验试题,比重逐年增加,并且具有以下特点:从简单背诵实验转向分析理解实验;重视操作过程的考查;电学实验考查的频率较高,仍是考查的重点;从学生实验转向变化的创新实验;课堂演示实验走进高考物理试题。下面以“测定金属的电阻率”实验进行解读,帮助同学们突破难点和考点。
  
  一、解读实验探究
  
  1. 实验目的
  学会用“伏安法”测量电阻的阻值,测定金属的电阻率。
  2. 实验原理
  用刻度尺测一段金属导线的长度L,用螺旋测微器测导线的直径D,用“伏安法”测导线的电阻R,根据电阻定律公式,则金属的电阻率ρ=RS/L=πD2R/4L。
  注意:“伏安法”测电阻是课程标准要求的一种基础的测量方法,此方法适用于提供了电压表和电流表两测量工具的情况,即利用电压表、电流表,测出电阻两端的电压和通过的电流,再结合欧姆定律I=U/R,计算出待测的电阻值。通常电压表、电流表有两种连接方法:电流表外接法和电流表内接法。其取决于待测电阻的大小,如果待测电阻阻值较大,一般采用电流表内接法,这样可以减小实验误差。
  3. 实验器材
  金属丝、螺旋测微器(千分尺)、毫米刻度尺、电流表、电压表、电源(3 V)、滑动变阻器(0~20 Ω)、开关一个、导线若干。
  注意:(1)被测金属丝要选用电阻率大的材料,如铁铬铝合金、镍铬合金或1 000 W的电炉丝等,电阻5~10 Ω之间为宜,在此前提下,电源选3 V直流电源,电流表选0~0.6 A量程,电压表选0~3 V量程,滑动变阻器选0~20 Ω。
  (2)螺旋测微器准确度:0.01 mm;读数=固定刻度(mm)+可动刻度(mm);读数时要注意固定刻度上表示半毫米的刻度线是否已经露出。
  4. 实验步骤
  (1)用螺旋测微器分三次测量导线不同位置的直径,取平均值D,求出其横截面积S=πD2/4。
  (2)将金属丝两端固定在接线柱上拉直,用毫米刻度尺测量接入电路的金属丝长度,测三次,求出平均值L。
  (3)根据所选的测量仪器和电路设计原则设计电路图如图1所示,然后根据电路图按顺序将实物连接起来,如图2,并将滑动变阻器的滑片移到阻值最大位置处。因为金属导线的电阻和电流表的内阻相差不是很大,因此在用“伏安法”测电阻时应采用电流表的外接法。开始实验时滑动变阻器在电路中的阻值应调至最大,实验过程中通过金属导线的电流不宜过大,以防止温度升高而使电阻率发生变化。
  (4)检查电路无误后,闭合开关,移动滑片改变接入电路的电阻,测出几组电流I、电压U的值,分别计算电阻R再求平均值,把多次测量的D、L、I、U数据记录在设计的表格里。 ......
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