测导体的电阻率---解析版
1.（2017辽宁重点中学协作体5月模拟）某同学用图甲所示电路测量一段金属丝的电阻率，待测金属丝粗细均匀，阻值约为100Ω。备选器材如下：
A．量程为5mA、内阻r1=50Ω的电流表
B．量程为0.6A、内阻r2=0.2Ω的电流表
C．量程为6V、内阻r3约为15kΩ的电压表
D．最大阻值为15Ω、最大允许电流为2A的滑动变阻器
E．定值电阻R1=5Ω
F．定值电阻R2=500Ω
G．电动势E=6V、内阻很小的直流电源
H．开关一个，导线若干
I．螺旋测微器，刻度尺
（1）该同学用螺旋测微器测量待测金属丝的直径如图乙所示，则螺旋测微器的示数
D= mm。
（2）为了能尽可能精确地测量该金属丝的电阻率，电流表应选用（填“A”或“B”），定值电阻应选用（填“E”或“F”）。
(3)电压表的示数记为U，所选用电流表的示数记为I，则该金属丝的电阻的表达式Rx= ；若用刻度尺测得待测电阻丝的长度为L，则其电阻率的表达式为ρ= （表达式中所用到的阻值必须用对应的电阻符号表示，不得直接用数值表示）
【参考答案】（1）5.898（3分），（2）.A E（2分），
(3).
()
()
11
11
R U Ir
I r R
-
+
（2分），
()
()
2
11
11
4
D R U Ir
LI r R
π-
+
（2分）
【名师解析】（1）根据螺旋测微器读数规则，金属丝直径D=5.5mm+0.398mm=5.898mm。
2．（12分）（2016安徽合肥一模）为了精密测量一金属丝的电阻率：
（1）（6分）如图甲所示，先用多用表×1
Ω挡粗测其电阻为Ω，然后用螺旋测微器测其直径为
mm，游标卡尺测其长度为 cm。
（2）（6分）为了减小实验误差，需进一步测其电阻，除待测金属丝外，实验室还备有的实验器材如下：A．电压表V(量程3V，内阻约为15kΩ；量程l5V，内阻约为75 kΩ)
B．电流表A(量程0.6A，内阻约为1Ω；量程3A，内阻约为0.2 Ω)
C．滑动变阻器R1(0～5Ω，0.6 A)
D．滑动变阻器R2(0～2000Ω，0.1 A)
E．1.5V的干电池两节，内阻不计
F．电阻箱
G．开关S，导线若干
为了测多组实验数据，则上述器材中的滑动变阻器应选用（填“R1”或“R2”）。
请在虚线框内设计最合理的电路图并完成实物图乙的连线。
【参考答案】（1）（6分）8Ω（2分） 2.095mm（2分）5.015cm（2分）
（2）（6分）R1。
【命题意图】本题考查多用电表读数、螺旋测微器和游标卡尺读数、电阻率测量学生实验电路设计、实物图连接、器材选择等。
图甲
电路图如图。实物图乙的连线如图。
3.（9分）(2016江西南昌市一模)某学生用如图a 所示电路测金属导线的电阻率，可供使用的器材有： 被测金属导线ab ，电阻约10Ω,，导线允许流过的最大电流0.8A ，稳恒电源E ，电源输出电压 恒为E =12V ，电压表V ，量程为3V ，内阻约5kΩ，保护电阻：R1=l0Ω，R 2=30Ω，R3= 200Ω。刻度尺、螺旋测微器，开关S ，导线若干等。
实验时的主要步骤如下：
①用刻度尺量出导线ab 的长度l ，用螺旋测微器测出导线的直径d 。 ②按如图a 所示电路将实验所需器材用导线连接好。
③闭合开关S ，移动接线触片P ，测出aP 长度x ，读出电压表的示数U 。 ④描点作出U-x 曲线求出金属导线的电阻率ρ。
完成下列填空：
(1)用螺旋测微器测量金属导线的直径d ，其示数如图b 所示，该金属导线的直径d=____mm. (2)如果实验时既要保证安全，又要测量误差较小，保护电阻R 应选__ ，
(3)根据多次实验测出的ap 长度x 和对应每次实验读出的电压表的示数u 给出的u-x 图线如图c 所示，其中图线的斜率为k ，则金属导线的电阻率ρ= 。（用实验器材中给出的物理量字母和实验步骤中测出的物理量字母表示）
【参考答案】（1）0.870 （2） R 2 （3） ()
224kR d E kl π-
【命题意图】本题考查螺旋测微器测量读数、测金属导线的电阻率实验原理和步骤、数据处理及其相关知识点。
4. （10分）（2016黑龙江牡丹江模拟）
某同学要测量额定电压为3V的某圆柱体电阻R的电阻率ρ．
（1）（2分）用游标卡尺和螺旋测微器分别测量其长度和直径，如图所示，则其长度L=______mm，直径d=______mm．
（2）（8分）该同学先用如图所示的指针式多用电表粗测其电阻．他将红黑表笔分别插入“+”、“-”插孔中，将选择开关置于“×l”档位置，然后将红、黑表笔短接调零，此后测阻值时发现指针偏转角度较小，如图甲所示．试问：
①为减小读数误差，该同学应将选择开关置于“______”档位置．
②再将红、黑表笔短接，此时发现指针并未指到右边的“0Ω”处，如图乙所示，那么他该调节______直至指针指在“0Ω”处再继续实验，结果看到指针指在如图丙所示位置．
③现要进一步精确测量其阻值，实验室提供了下列可选用的器材：
A．灵敏电流计G（量程200μA，内阻为300Ω）
B．电流表（量程3A，内阻约0.3Ω）
C．电压表V1（量程3V，内阻约3kΩ）
D．电压表V2（量程l5V，内阻约5kΩ）
E．滑动变阻器R1（最大阻值为10Ω）
F．最大阻值为99.99Ω的电阻箱R2
以及电源E（电动势4V，内阻可忽略）、电键、导线若干
为了提高测量精确度并且使电阻R两端电压调节范围尽可能大，除电源、电键、导线以外还应选择的最恰当器材（只需填器材前面的字母）有______．请在下面的方框中画出你设计的电路图
【参考答案】（1）70.15；4.598-4.602；（2）①×10；②欧姆调零旋钮；③ACEF．
电路中的最大电流为I=4/150≈0.026A，若选3A量程的电流表则指针几乎不偏转，应选择灵敏电流计与定值电阻并联后改装成的电流表，即选择AF，
综上，要选择的器材是：ACEF；
滑动变阻器采用分压接法，被测电阻为大电阻，采取电流表内接，故电路图如图：
5.（9分）(2016福建质检)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示数；
D．把S拨到2位置，调整电阻箱阻值，使电压表V2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。
（1）测玻璃管内径d时游标卡尺示数如图乙，则d= mm。
（2）玻璃管内水柱的电阻R x的表达式为：R x= （用R1、R2、R表示）。
（3）利用记录的多组水柱长度L和对应的电阻箱阻值R的数据，绘制出如图丙所示的R﹣
L
1
关系图象。自来水的电阻率ρ= Ω·m（保留两位有效数字）。
（4）本实验中若电压表V1内阻不是很大，则自来水电阻率测量结果将（填“偏大”“不变”或“偏小”）。
【参考答案】（1）30.00（2分）（2）
R
R
R
R
x
2
1
=（3分）
（3）14（2分）（4）偏大（2分）
【命题意图】本题考查测量自来水电阻率实验原理和步骤、误差分析等。
（3）由电阻定律R x=ρL/S，R x=12
R R
R
联立解得：R=12
R R S
ρL
1
。R﹣
L
1
关系图象斜率k=0.4Ω·m，k=12
R R S
ρ
，S=
2
4
d
π
，解得：ρ=12
R R S
k
=14Ω·m。
（4）本实验中若电压表V1内阻不是很大，则通过水柱的电流I1大于测量值，即
1
U
R
R x>
U
R
R2,得到R x>12
R R
R
，即自来水电阻测量偏大，自来水电阻率测量结果将偏大。
6.要测量一段阻值大约为5 Ω的均匀金属丝的电阻率，除刻度尺、螺旋测微器、电源E(电动势为3 V、内阻约为0.5 Ω)、最大阻值为20 Ω的滑动变阻器R、开关一只、导线若干外，还有电流表和电压表各两只供选择：A1(量程1 A、内阻约为1 Ω)、A2(量程0.6 A、内阻约为2 Ω)、V1(量程3.0 V、内阻约为1 000 Ω)、V2(量程15 V、内阻约为3 000 Ω)。
图12 图13
(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径，如图12所示，则金属丝的直径为________mm 。 (2)为了使测量有尽可能高的精度，电流表应选________，电压表应选________。
(3)实验电路已经画出了一部分，如图13所示，但尚未完整，请将该电路完整地连接好(R x 表示待测电阻)。 (4)若用刻度尺测得金属丝的长度为L ，用螺旋测微器测得金属丝的直径为d ，电流表的读数为I ，电压表的读数为U ，则该金属丝的电阻率表达式为ρ＝________。
【参考答案】(1)0.850 (2)A 2；V 1 (3)图见解析 (4)πUd
2
4LI
(3)因为金属丝的电阻约为5 Ω，与电流表A 2的内阻相差不多，因此采用电流表内接法误差较大，所以应采用电流表外接法，电路图如图所示。
(4)R ＝U I ，R ＝ρL S ，S ＝π(d 2)2，以上三式联立可得ρ＝πUd 2
4LI
。
7.在“测定金属丝的电阻率”的实验中，用螺旋测微器测量金属丝直径d 时的刻度如图25所示，用米尺测
出金属丝的长度L ，金属丝的电阻大约为5 Ω，用伏安法测出金属丝的电阻R ，然后由ρ＝R S
L
算出该金属丝的电阻率。
图25
(1)从图25中可以读出该金属丝的直径d ＝________mm 。
(2)为了测量该金属丝的电阻，实验小组取来两节干电池，如图26所示，将金属丝拉直后两端固定在带有刻度的绝缘底座两端的接线柱上，底座的中间有一个可沿金属丝滑动的金属触头P ，触头上固定了接线柱，按下P 时，触头才与金属丝接触，触头的位置可以从刻度尺上读出。实验采用的电路原理图如图27所示。请根据该原理图，用笔画线代替导线将实物图28连接成实验电路。
图26 图27
图28
图29
(3)闭合开关后，滑动变阻器触头调至一合适位置后不动，多次改变P 的位置，得到几组U 、I 、L 的数据，用R ＝U I
计算出相应的电阻值后作出L －R 图线如图29所示。取图线上两个点间数据之差ΔL 和ΔR ，若金属丝直径为d ，则该金属丝的电阻率ρ＝________。
【参考答案】(1)1.700 (2)如图所示 (3)πd 2
·ΔR
4ΔL
【名师解析】(1)由螺旋测微器的读数规则可知该金属丝的直径d ＝1.5 mm ＋20.0×0.01 mm＝1.700 mm ； (2)实物连接图如图所示；
(3)由R ＝ρL S 可得L R ＝S ρ，又因为L R ＝ΔL ΔR ，所以有ΔL ΔR ＝S ρ，所以有ρ＝ΔR ΔL ·S ＝πd 2
·ΔR
4ΔL
。
8．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)。
甲
(2)用伏安法测金属丝的电阻R x 。实验所用器材为：电池组(电动势3 V ，内阻约1 Ω)、电流表(内阻约0.1 Ω)、电压表(内阻约3 k Ω)、滑动变阻器R (0～20 Ω，额定电流2 A)、开关、导线若干。某小组同学利用次数 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 0.460 0.520
x
(3)图丙是测量R x 的实验器材实物图，图中已连接了部分导线，滑动变阻器的滑片P 置于变阻器的一端。请根据(2)所选的电路图，补充完成图中实物间的连线，并使闭合开关的瞬间，电压表或电流表不至于被烧坏。
丙
(4)这个小组的同学在坐标纸上建立U、I坐标系，如图丁所示，图中已标出了与测量数据对应的4个坐标点。请在图中标出第2、4、6次测量数据的坐标点，并描绘出U I图线。由图线得到金属丝的阻值R x＝______ Ω(保留两位有效数字)。
丁
(5)根据以上数据可以估算出金属丝电阻率约为( )
A．1×10－2Ω·m B．1×10－3Ω·m
C．1×10－6Ω·m D．1×10－8Ω·m
(6)[多选]任何实验测量都存在误差。本实验所用测量仪器均已校准。下列关于误差的说法中正确的是( ) A．用螺旋测微器测量金属丝直径时，由于读数引起的误差属于系统误差
B．由于电流表和电压表内阻引起的误差属于偶然误差
C．若将电流表和电压表的内阻计算在内，可以消除由测量仪表引起的系统误差
D．用U I图象处理数据求金属丝电阻可以减小偶然误差
【参考答案】(1)0.397(0.395～0.399均正确) (2)a (3)见解析图甲
(4)见解析图乙 4.5(4.3～4.7均正确) (5)C
(4)如图乙所示，图线应过原点，且使大多数点在一条直线上，不在直线上的点均匀分布在直线两侧。图线的斜率反映了金属丝的电阻，所以R x＝4.5 Ω。
甲 乙
(5)由R ＝ρL S ，S ＝π? ??
??d 22，取d ＝4×10－4 m 、L ＝0.5 m 、R ＝4.5 Ω，解得ρ＝1×10－6
Ω·m 。
(6)由于读数引起的误差属于偶然误差，A 错误；由于电流表、电压表内阻引起的误差为系统误差，若将电
流表和电压表的内阻计算在内，则可以消除系统误差，B 错误，C 正确；利用U I 图象处理数据，相当于多次测量取平均值，可以减小偶然误差，D 正确。
9．利用如图甲所示的电路测量某种电阻丝材料的电阻率，所用电阻丝的电阻约为20 Ω。带有刻度尺的木板上有a 和b 两个接线柱，把电阻丝拉直后固定在接线柱a 和b 上。在电阻丝上夹上一个带有接线柱c 的小金属夹，沿电阻丝移动金属夹，可改变其与电阻丝接触点P 的位置，从而改变接入电路中电阻丝的长度。可供选择的器材还有：
电池组E (电动势为3.0 V ，内阻约为1 Ω)； 电流表(量程0～100 mA ，内阻约为5 Ω)； 电流表(量程0～0.6 A ，内阻约为0.2 Ω)； 电阻箱R (0～999.9 Ω)； 开关、导线若干。
实验操作步骤如下：
A ．用螺旋测微器在电阻丝上三个不同的位置分别测量电阻丝的直径；
B ．将选用的实验器材，按照图甲连接实验电路；
C ．调节电阻箱使其接入电路中的电阻值较大；
D ．将金属夹夹在电阻丝上某位置，闭合开关，调整电阻箱的阻值，使电流表满偏，然后断开开关，记录电阻箱的电阻值R 和接入电路的电阻丝长度L ；
E ．改变金属夹与电阻丝接触点的位置，闭合开关，调整电阻箱的阻值，使电流表再次满偏，重复多次，记录每一次电阻箱的电阻值R 和接入电路的电阻丝长度L ；
F ．断开开关，整理好器材。
(1)某次测量电阻丝直径d 时，螺旋测微器示数如图乙所示，则d ＝________ mm 。 (2)实验中电流表应选择________(填“A 1”或“A 2”)。
(3)用记录的多组电阻箱的阻值R 和对应的接入电路中电阻丝长度L 的数据，绘出了如图丙所示的R -L 关系图线，图线在R 轴的截距为R 0，在L 轴的截距为L 0，再结合测出的电阻丝直径d ，写出电阻丝的电阻率表达式ρ＝________(用给定的物理量符号和已知常数表示)。
(4)本实验中，电流表的内阻对电阻率的测量结果_____影响(填“有”或“无”)。
【参考答案】(1)0.732 (2)A 1 (3)πd 2R 0
4L 0
(4)无
测定金属的电阻率 一、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。 二、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，金属的电阻率ρ=RS/L=πd 2R/4L 三、实验器材：①金属丝②千分尺③安培表④伏特表⑤（3伏）电源⑥（20Ω）滑动变阻器⑦电键一个⑧导线几根 【点拨】被测金属丝要选用电阻率大的材料，如铁铬铝合金、镍铬合金等或300瓦电炉丝经细心理直后代用，直径0.4毫米左右，电阻5~10欧之间为宜，在此前提下，电源选3伏直流电源，安培表选0 0.6安量程，伏特表选0 3伏档，滑动变阻器选0 20欧。 四、实验步骤 （1）用螺旋测微器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=πD 2/4. （2）将金属丝两端固定在接线柱上悬空挂直，用毫米刻度米尺测量接入电路的金属丝长度L ，测三次，求出平均值L 。 （3）根据所选测量仪器和选择电路的原则画好电路图1，然后依电路图按顺序给实物连线并将滑动变阻器的阻值调到最大。 点拨：为避免接线交叉和正负极性接错，接线顺序应遵循：电源正极→电键（断开状态）→滑动变阻器→用电器→安培表正极→安培表负极→电源负极，最后将伏特表并接在待测电路的两端，即先接干路，后接支路。 （4）检查线路无误后闭合电键，调节滑动变阻器读出几组I 、U 值，分别计算电阻R 再求平均值，设计表格把多次测量的D 、L 、U 、I 记下来。 【点拨】测量时通过金属丝的电流应控制在1.00A 以下，本实验由于安培表量程0~0.60A ，每次通电时间应尽量短（以能读取电表数据为准），读数完毕立即断开电键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。 五、实验记录 图1
实验 四探针法测电阻率 1．实验目的： 学习用四探针法测量半导体材料的体电阻率和扩散薄层的电阻率及方块电阻。 2．实验内容 ① 硅单晶片电阻率的测量：选不同电阻率及不同厚度的大单晶圆片，改变条件（光照 与否），对测量结果进行比较。 ② 薄层电阻率的测量：对不同尺寸的单面扩散片和双面扩散片的薄层电阻率进行测 量。改变条件进行测量（与①相同），对结果进行比较。 3． 实验原理： 在半导体器件的研制和生产过程中常常要对半导体单晶材料的原始电阻率和经过扩散、外延等工艺处理后的薄层电阻进行测量。测量电阻率的方法很多，有两探针法，四探针法，单探针扩展电阻法，范德堡法等，我们这里介绍的是四探针法。因为这种方法简便可行，适于批量生产，所以目前得到了广泛应用。 所谓四探针法，就是用针间距约1毫米的四根金属探针同时压在被测样品的平整表面上如图1a 所示。利用恒流源给1、4两个探针通以小电流，然后在2、3两个探针上用高输入阻抗的静电计、电位差计、电子毫伏计或数字电压表测量电压，最后根据理论 公式计算出样品的电阻率［１］ I V C 23 =ρ 式中，C 为四探针的修正系数，单位为厘米，C 的大小取决于四探针的排列方法和针距，
探针的位置和间距确定以后，探针系数C 就是一个常数；V 23为2、3两探针之间的电压，单位为伏特；I 为通过样品的电流，单位为安培。 半导体材料的体电阻率和薄层电阻率的测量结果往往与式样的形状和尺寸密切相关，下面我们分两种情况来进行讨论。 ⑴ 半无限大样品情形 图1给出了四探针法测半无穷大样品电阻率的原理图，图中(a)为四探针测量电阻率的装置；(b)为半无穷大样品上探针电流的分布及等势面图形；(c)和(d)分别为正方形排列及直线排列的四探针图形。因为四探针对半导体表面的接触均为点接触，所以，对图１（b ）所示的半无穷大样品，电流I 是以探针尖为圆心呈径向放射状流入体内的。因而电流在体内所形成的等位面为图中虚线所示的半球面。于是，样品电阻率为ρ，半径为r ，间距为dr 的两个半球等位面间的电阻为 dr r dR 2 2πρ = ， 它们之间的电位差为 dr r I IdR dV 2 2πρ= =。 考虑样品为半无限大，在r →∞处的电位为0，所以图１（a ）中流经探针１的电流I 在r 点形成的电位为 ()r I dr r I V r r πρπρ222 1== ? ∞ 。 流经探针１的电流在２、３两探针间形成的电位差为 ()??? ? ??-= 1312123112r r I V πρ； 流经探针４的电流与流经探针１的电流方向相反，所以流经探针４的电流I 在探针２、３之间引起的电位差为 ()??? ? ??--=4342423112r r I V πρ。 于是流经探针１、４之间的电流在探针２、３之间形成的电位差为 ??? ? ??+--= 434213122311112r r r r I V πρ。 由此可得样品的电阻率为 ()1111121 434213 1223-???? ??+--=r r r r I V πρ 上式就是四探针法测半无限大样品电阻率的普遍公式。 在采用四探针测量电阻率时通常使用图１（c ）的正方形结构（简称方形结构）和图１（d ）的等间距直线形结构，假设方形四探针和直线四探针的探针间距均为S ， 则对于直线四探针有 S r r S r r 2, 42134312==== ()2223 I V S ? =∴πρ 对于方形四探针有 S r r S r r 2,42134312==== () 322223 I V S ? -=∴ πρ
. . . . 莆田南日岛风电场三期工程施工图阶段土壤电阻率测量报告 福建永福工程顾问有限公司 发证机关：福建省建设厅 证书等级：乙级证书编号：130903-ky 二00九年一月·
批准：审核：校核：编写：
目录 1、前言 2、仪器接线示意图 3、原理及操作 4、测量结果分析 5、结论
1、前言 根据公司勘察任务安排及工程勘察联系书的要求，莆田南日岛风电厂三期工程施工图阶段土壤电阻率测量工作于2008年10月2日至2008年10月24日期间进行。 南日岛风电厂前两期共投产19台风机，本期计划建设57台风机，总装机容量48.45MW，110kV升压站一座。 本次测量工作采用DZD-6A多功能直流电法仪测量，测量原理采用等极距四极对称法，极距分别为a=5、10、20、60、100m，大部分风机为测量至100m极距，局部因测量场地限制仅测量至40m 或60m极距。 本次测量工作布线按每风机一条测线，升压站按常规220kV变电站布线方式，四周四条线，对角两条线，共六条测线。本期总共完成测线63条。 本次测量遵循《电力工程物探技术规定》（DL/T5159-2002）。 2、仪器接线示意图 仪器接线示意图
3、原理及操作 等极距四极对称法，又称温纳装置，其做法是沿测线上的测点，分别打入电极，并用导线连接供电回路AB 和测量回路MN ，通过对AB 电极供电，使位于其中间的大地产生电场，测量MN 处产生的电位差及电流，通过以下公式计算出其电阻率。 测量原理示意图 I U K MN a ?=ρ ① a ρ——MN 间的等效土壤电阻率； MN U ?——MN 间的电位差； I ——MN 间的电流； K ——装置系数，对称四极法中a 2MN AN AM K ππ=?= DZD-6A 直流电法仪存在内在计算系统，测量前仅需输入极距a 后，则可直接测出结果。
测导体的电阻率---解析版 1.（2017辽宁重点中学协作体5月模拟）某同学用图甲所示电路测量一段金属丝的电阻率，待测金属丝粗细均匀，阻值约为100Ω。备选器材如下： A．量程为5mA、内阻r1=50Ω的电流表 B．量程为0.6A、内阻r2=0.2Ω的电流表 C．量程为6V、内阻r3约为15kΩ的电压表 D．最大阻值为15Ω、最大允许电流为2A的滑动变阻器 E．定值电阻R1=5Ω F．定值电阻R2=500Ω G．电动势E=6V、内阻很小的直流电源 H．开关一个，导线若干 I．螺旋测微器，刻度尺 （1）该同学用螺旋测微器测量待测金属丝的直径如图乙所示，则螺旋测微器的示数 D= mm。 （2）为了能尽可能精确地测量该金属丝的电阻率，电流表应选用（填“A”或“B”），定值电阻应选用（填“E”或“F”）。 (3)电压表的示数记为U，所选用电流表的示数记为I，则该金属丝的电阻的表达式Rx= ；若用刻度尺测得待测电阻丝的长度为L，则其电阻率的表达式为ρ= （表达式中所用到的阻值必须用对应的电阻符号表示，不得直接用数值表示） 【参考答案】（1）5.898（3分），（2）.A E（2分）， (3). () () 11 11 R U Ir I r R - + （2分）， () () 2 11 11 4 D R U Ir LI r R π- + （2分） 【名师解析】（1）根据螺旋测微器读数规则，金属丝直径D=5.5mm+0.398mm=5.898mm。 2．（12分）（2016安徽合肥一模）为了精密测量一金属丝的电阻率：
（1）（6分）如图甲所示，先用多用表×1 Ω挡粗测其电阻为Ω，然后用螺旋测微器测其直径为 mm，游标卡尺测其长度为 cm。 （2）（6分）为了减小实验误差，需进一步测其电阻，除待测金属丝外，实验室还备有的实验器材如下：A．电压表V(量程3V，内阻约为15kΩ；量程l5V，内阻约为75 kΩ) B．电流表A(量程0.6A，内阻约为1Ω；量程3A，内阻约为0.2 Ω) C．滑动变阻器R1(0～5Ω，0.6 A) D．滑动变阻器R2(0～2000Ω，0.1 A) E．1.5V的干电池两节，内阻不计 F．电阻箱 G．开关S，导线若干 为了测多组实验数据，则上述器材中的滑动变阻器应选用（填“R1”或“R2”）。 请在虚线框内设计最合理的电路图并完成实物图乙的连线。 【参考答案】（1）（6分）8Ω（2分） 2.095mm（2分）5.015cm（2分） （2）（6分）R1。 【命题意图】本题考查多用电表读数、螺旋测微器和游标卡尺读数、电阻率测量学生实验电路设计、实物图连接、器材选择等。 图甲
半导体电阻率的测量 半导体材料的电阻率，是判断材料掺杂浓度的一个主要参数，它反映了补偿后的杂质浓度，与半导体中的载流子浓度有直接关系。 最早用来测量电阻率P的方法是用一个已知尺寸的矩形样品来测量电阻尺，直接利用ρ=(V·S)／(I·L)得到电阻率，但对于半导体材料，这样测量的电阻率将包括一个不可忽略的接触电阻项。 金属探针与半导体相接触的地方有很大的接触电阻，这个电阻甚至远远超过半导体本身的体电阻。因此不能用直接法测量半导体材料的电阻率。常用的接触式测量半导体材料电阻率的方法主要有如下几种：两探针法；三探针法；四探针法；单探针扩展电阻法；范德堡法。在这篇文章中，我们将主要介绍各种测量半导体电阻率的方法。 （一）两探针法 两探针法的主要想法，是利用探针与体电阻直接接触，避免了与测试电阻的接触从而消除误差。试样为长条形或棒状，且视为电阻率均匀分布。 word 编辑版． 利用高阻抗的电压计测量电阻上的电压从而得到流过半导体的电流，再利用电压计测得半导体
上流过单位长度的电压压降，再测得长度L，从而得到ρ=（V*S）/(I*L)，S为试样表面积。（二）三探针法 三探针法适用于测量相同导电类型，低阻衬底的外延层材料的电阻率。该方法是利用金属探针与半导体材料接触处的反向电流．电压特性、测定击穿时的电压来获得材料电阻率的知识的。金半接触反向偏置时，外电压几乎全部降在接触处，空间电荷区中电场很大，载流子在电场作用下与晶格原子发生碰撞电离。随着外电场增加，发生雪崩击穿，击穿电压与掺杂浓度有关，具体关系由经验公式给出，再根据电阻率与杂质浓度的关系图线，从而可以得到材料的电阻率。 （三）四探针法 直线四探针法是用针距约为1毫米的四根探针同时压在样品的平整表面上，。利用恒流源给l、4探针通以一个小电流，然后用高输入阻抗的电位差计、电子毫伏计或数字电压表测量电压。 利用高阻值电压计测得2、3探针间的电压值， 为探针系数是常数，C=V*C/I。从而根据公式ρ23 四探针法比二探针则为流过半导体的电流大小。I法好，它可以测量样品沿径向分布的断面电阻率。
第二章恒定电流 6 导体的电阻 第二课时实验：伏安法测电阻和金属电阻率 1. 在“测定金属的电阻率”的实验中，下列说法中正确的是 （）[来源:学斛#网] A .用伏安法测金属丝的电阻时，可米用电流表内接法[…] B.实验中应调节滑动变阻器，取得多组U和I的值，然后求出电阻平均值 C .应选用毫米刻度尺测整根金属丝的长度三次，然后求出长度平均值 D .实验中电流强度大小可不加要求 答案：B 2. 侈选）在“测定金属的电阻率”实验中，关于误差的下列说 法中正确的是（） A. 电流表采用外接法，将会使p测＞P真 B. 电流表采用外接法，由于电压表的并联引起了金属丝分压的减小而引起测量误差 C .由P=兀4^U可知|、d、U、l中每一个物理量的测量都会引起p 的测量误差 D .由尸^4占可知对实验结果准确性影响最大的是直径d的测量
答案：CD 3. 在测定阻值较小的金属的电阻率的实验中，为了减小实验误差，并要求在实验中获得较大的电压调节范围，在测量其电阻时应选择的电路是（） A B C D 解析：金属的阻值较小，在用伏安法测电阻时应该用电流表外接法，题干中要求实验中获得较大的电压调节范围，故滑动变阻器要采用分压式接法，D正确. 答案：D 4. 在测定金属的电阻率的实验中，可供选用的器材如下： 待测金属丝：R x（阻值约4 Q,额定电流约0.5 A）.… 电压表：V（量程3 V,内阻约3 k Q） 电流表：A i（量程0.6 A,内阻约0.2 Q； A2（量程3 A,内阻约0.05 Q） 电源：E i （电源电压为3 V）; E2（电源电压为12 V）. 滑动变阻器：R（最大阻值约20 Q ）. 螺旋测微器：毫米刻度尺. 开关S,导线. （1）用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图所示，读数为_______ m m.
高中物理测定金属的电阻率实验检测题 1．(2019·天津高考)现测定长金属丝的电阻率。 (1)某次用螺旋测微器测量金属丝直径的结果如图所示，其读数是________mm 。 (2)利用下列器材设计一个电路，尽量准确地测量一段金属丝的电阻。这段金属丝的电阻R x 约为100 Ω，在方框中画出实验电路图，并标明器材代号。 电源E (电动势10 V ，内阻约为10 Ω) 电流表A 1(量程0～250 mA ，内阻R 1＝5 Ω) 电流表A 2(量程0～300 mA ，内阻约为5 Ω) 滑动变阻器R (最大阻值10 Ω，额定电流2 A) 开关S 及导线若干 (3)11A 2的读数为I 2，则这段金属丝电阻的计算式R x ＝________。从设计原理看，其测量值与真实值相比 (填“偏大”“偏小”或“相等”)。 解析：(1)d ＝20.0×0.01 mm ＝0.200 mm 。 (2)本题中测量金属丝的电阻，无电压表，故用已知内阻的电流表A 1充当电压表；由于A 1的内阻已知，因此A 2应采用外接法；由于电流表A 1的额定电压U A1＝I m R 1＝1.25 V ，比电源电动势小得多(或滑动变阻器的总电阻比待测电阻的阻值小得多)，故电路采用分压式接法，电路图如图所示。 (3)当电流表A 1、A 2读数分别为I 1、I 2时，通过R x 的电流为I ＝I 2－I 1，R x 两端电压U ＝I 1R 1，故R x ＝U I ＝ I 1R 1 I 2－I 1 ，不考虑读数误差，从设计原理看测量值等于真实值。 答案：(1)0.200(0.196～0.204均可) (2)见解析图 (3) I 1R 1 I 2－I 1 相等 2．(2019·江苏高考)某同学测量一段长度已知的电阻丝的电阻率。实验操作如下： (1)螺旋测微器如图所示。在测量电阻丝直径时，先将电阻丝轻轻地夹在测砧与测微螺杆之间，再旋动________(选填“A ”“B ”或“C ”)，直到听见“喀喀”的声音，以保证压力适当，同时防止螺旋测微器的损坏。
实验三（I）探针测量半导体或金属薄膜电阻率 一．实验目的 1.熟悉四探针测量半导体或金属薄膜电阻率的原理 2.掌握四探针测量材料电阻率的方法 二．实验原理 薄膜材料是支持现代高新技术不断发展的重要材料之一，已经被广泛地应用在微电子器件、微驱动器/ 微执行器、微型传感器中。金属薄膜的电阻率是金属薄膜材料的一个重要的物理特性,是科研开发和实际生产中经常要测量的物理特性，对金属薄膜电阻率的测量也是四端法测量低电阻材料电阻率的一个实际的应用，它比传统的四端子法测量金属丝电阻率的实验更贴近现代高新技术的发展。 直流四探针法也称为四电极法，主要用于半导体材料或超导体等的低电阻率的测量。使用的仪器以及与样品的接线如图3-1所示。由图可见，测试时四根金属探针与样品表面接触，外侧两根1、4为通电流探针，内侧两根2、3为测电压探针。由电流源输入小电流使样品内部产生压降，同时用高阻抗的静电计、电子毫伏计或数字电压表测出其他二根探针的电压即V23(伏)。 (a)仪器接线(b)点电流源(c)四探针排列 图3-1 四探针法测试原理示意图 若一块电阻率为ρ的均匀半导体样品，其几何尺寸相对于探针间距来说可以看作半无限大。当探针引入的点电流源的电流为I，由于均匀导体内恒定电场的等位面为球面，则在半径为r处等位面的面积为2πr2，电流密度为 j=I/2πr2(3-1)
根据电导率与电流密度的关系可得 E ＝2222r I r I j πρσπσ== (3-2) 则距点电荷r 处的电势为 r I V πρ2= (3-3) 半导体内各点的电势应为四个探针在该点形成电势的矢量和。通过数学推导可得四探针法测量电阻率的公式为： I V C r r r r I V 2313413241223)1111(2=+--?=-πρ (3-4) 式中，134 132412)1111(2-+--=r r r r C π为探针系数，单位为cm ；r 12、r 24、r 13、r 34分别为相应探针间的距离，见图3-1c 。若四探针在同一平面的同一直线上，其间距分别为S 1、S 2、S 3，且S 1=S 2=S 3=S 时，则 S I V S S S S S S I V ππρ2)1111(223133221123=++-+-?=- (3-5) 这就是常见的直流等间距四探针法测电阻率的公式。 为了减小测量区域，以观察电阻率的不均匀性，四根探针不—定都排成—直线，而可排成正方形或矩形，此时，只需改变计算电阻率公式中的探针系数C 。 四探针法的优点是探针与半导体样品之间不要求制备合金结电极，这给测量带来了方便。四探针法可以测量样品沿径向分布的断面电阻率，从而可以观察电阻率的不均匀情况。由于这种方法可迅速、方便、无破坏地测量任意形状的样品且精度较高，适合于大批生产中使用。但由于该方法受针距的限制，很难发现小于0.5mm 两点电阻的变化。 根据样品在不同电流（I ）下的电压值（V ）计算出该样品的电阻值及电阻率，例如某一种薄膜样品，在薄膜的面积为无限大或远大于四探针中相邻探针间距的时候，金属薄膜的电阻率ρ可以由以下式算出。
3.实验：导体电阻率的测量 [学习目标] 1.掌握游标卡尺和螺旋测微器的使用方法和读数方法。2.掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法。3.学会利用伏安法测电阻，进一步测出金属丝的电阻率。 实验1 长度的测量及测量工具的选用 一、游标卡尺 1．原理：利用主尺的最小分度与游标尺的最小分度的差值制成。不管游标尺上有多少个小等分刻度，它的刻度部分的总长度比主尺上的同样多的小等分刻度少 1 mm 。 2．精度：对应关系为10分度0.1 mm,20分度0.05 mm,50分度0.02 mm 。 3．读数：若用x 表示由主尺上读出的整毫米数，K 表示从游标尺上读出与主尺上某一刻线对齐的游标的格数，则记录结果表达为(x ＋K ×精度) mm 。 二、螺旋测微器 1．原理：测微螺杆F 与固定刻度B 之间的精密螺纹的螺距为0.5 mm ，即旋钮D 每旋转一周，F 前进或后退0.5 mm ，而可动刻度E 上的刻度为50等份，每转动一小格，F 前进或后退0.01 mm ，即螺旋测微器的精确度为0.01 mm 。读数时估读到毫米的千分位上，因此，螺旋测微器又叫千分尺。 2．读数：测量时被测物体长度的整毫米数由固定刻度读出，小数部分由可动刻度读出。测量值(mm)＝固定刻度数(mm)(注意半毫米刻度线是否露出)＋可动刻度数(估读一位)×0.01(mm)。 实验2 金属丝电阻率的测量 一、实验原理和方法 由R ＝ρl S 得ρ＝RS l ，因此，只要测出金属丝的长度l 、横截面积S 和金属丝的电阻R ，即可求出金属丝的电阻率ρ。
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 。电路原理如图所示。 2．用毫米刻度尺测量金属丝的长度l ，用螺旋测微器量得金属丝的直径，算出横截面积S 。 3．将测量的数据代入公式ρ＝RS l 求金属丝的电阻率。 二、实验器材 被测金属丝、螺旋测微器、毫米刻度尺、电池组、电流表、电压表、滑动变阻器、开关、导线若干。 三、实验步骤 1．直径测定 用螺旋测微器在被测金属导线上的三个不同位置各测一次直径，求出其平均值d ，计算出导线的横截面积S ＝πd 2 4 。 2．电路连接 按如图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 把上图中滑动变阻器的滑动片调节到最左端，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。
半导体电阻率测量实验 201509064272 张焱森一、实验目的 通过用四探针法测量半导体晶片的电阻率，了解半导体材料的基本电学特性与材料中载流子浓度和迁移率的关系，掌握一种测量半导体材料的电阻率并进一步分析其掺杂浓度的实验研究方法。 二、实验原理 一、半导体电阻率及主要影响因素 半导体是一种导电能力介于导体和绝缘体之间的材料，固体材料按导电能力的分类见表3.2-1。完全不含杂质且无晶格缺陷的纯净半导体称为本征半导体，其导电能力主要由材料的本征激发决定，通常电阻率偏大且很难调控其电学性质，因此本征半导体材料用途范围很小。 表3.2-1 材料按导电能力的分类 杂质与缺陷对半导体材料的性能有很大的影响，它们在很大程度上决定了半导体材料的电学性质，通过控制杂质的加入量即可控制半导体材料的导电性能。以硅为例，对于理想的单晶硅材料来说，它的晶体结构呈金刚石结构，每一个硅原子与相邻的四个原子之间共用电子形成共价键。对于这种理想结构的半导体材料，由于可以自由移动的电荷很少，因此导电性较弱。
图3.2-1 半导体材料硅的掺杂示意图 如果采用磷元素掺杂，一个磷原子取代硅原子在晶体中的位置，由于磷原子有5个价电子，形成1个多余的价电子和正电中心磷离子（见图3.2-1）。多余的价电子很容易挣脱正电中心的束缚进入导带，成为导电电子在晶格中自由运动。像磷这样的五价元素在硅中电离时，能够释放出导电电子并形成正电中心，称它们为施主杂质或N 型杂质。对掺有施主杂质的半导体材料，导电主要靠导带电子进行，这种半导体称为N 型半导体。 如果采用三价元素硼进行掺杂，将形成负电中心硼离子和一个空位。这个空位很容易从价带获得一个价电子成键，在价带中形成一个空穴。这种能从价带得到电子的杂质原子称为受主杂质或P 型杂质。对掺有受主杂质的半导体材料，导电主要靠空穴进行，这种半导体称为P 型半导体。 图3.2-2 300K 温度下硅半导体材料的电阻率与杂质浓度的关系曲线 电阻率ρ的大小决定于半导体载流子浓度n 和载流子迁移率μ：1/n q ρμ=， 其中q 为电子电荷，载流子浓度n 和载流子迁移率μ均与杂质浓度和温度有关，所以半导体电阻率随杂质浓度和温度而异。300K 温度下硅半导体材料的电阻率与杂质浓度的关系曲线如图 3.2-2所示。轻掺杂时（杂质浓度小于1016 cm -3），可以认为室温下杂质全部电离，载流子浓度近似等于杂质浓度，而迁移率随杂质的变化不大，可以认为是常数。因而电阻率随杂质浓
实验八 测定金属的电阻率 1.实验原理(如图1所示) 由R ＝ρl S 得ρ＝RS l ，因此，只要测出金属丝的长度l 、横截面积S 和金属丝的电阻R ，即可求出金属丝的电阻率ρ. 图1 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.实验步骤 (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节到使接入电路中的电阻值最大的位置. (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 x 、l 、d 值，代入公式R ＝ρl S 和S ＝πd 2 4 中，计算出金属丝的电阻率. 1.数据处理 (1)在求R x 的平均值时可用两种方法 ①用R x ＝U I 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. (2)计算电阻率 将记录的数据R x 、l 、d 的值代入电阻率计算公式ρ＝R x S l ＝πd 2U 4lI . 2.误差分析 (1)金属丝的横截面积是利用直径计算而得，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)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. 3.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、被测金属丝、滑动变阻器连成主干线路(闭合电路)，然后再把电压表并联在被测金属丝的两端. (3)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. (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有效电阻值最大的位置. (6)在用伏安法测电阻时，通过被测金属丝的电流强度I 不宜过大(电流表用0～0.6 A 量程)，通电时间不宜过长，以免金属丝的温度明显升高，造成其电阻率在实验过程中逐渐增大. (7)若采用图象法求R 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. 命题点一 教材原型实验 例1 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2所示，其读数应为 mm(该值接近多次测量的平均值). 图2
实验二：测金属丝的电阻率 实验电路图：电阻的内外接法选取（由于待测电阻较小，一般选外接法） 电阻率的表达式 滑动变阻器可以选择限流法，也可以用分压法 电压表和电流表的选取和读数 螺旋测微器的读数、游标卡尺读数 实物图的连接 根据电压表和电流表读数计算待测电阻，或者根据U-I图像计算斜率求电阻，再计算电阻率或者长度 【典型例题剖析】 考点1：实验原理和仪器选择 ★★[例1]在探究决定导体电阻的因素的实验中，可供选用的器材如下： 待测金属丝：R x(阻值约4 Ω，额定电流约0.5 A)； 电压表：V(量程3 V，内阻约3 kΩ)； 电流表：A1(量程0.6 A，内阻约0.2 Ω)； A2(量程3 A，内阻约0.05 Ω)； 电源：E1(电源电压为3 V)； E2(电源电压为12 V)； 滑动变阻器：R(最大阻值约20 Ω)； 螺旋测微器；毫米刻度尺；开关S；导线． (1)用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图所示，读数为________mm.
(2)若滑动变阻器采用限流式接法，为使测量尽量精确，电流表应选________，电源应选________(均填器材代号)，在虚线框中完成电路原理图． 电压表最大量程3V，因此电源得选择3V，电流表得选0.6A 解析(1)螺旋测微器的读数为： 1．5 mm＋27.4×0.01 mm＝1.774 mm. (2)在用伏安法测电阻的实验中，为使测量尽量精确，电流表、电压表指针需达到半偏以上，又因待测金属丝的额定电流为0.5 A，所以电流表选A1，电源选E1即可．电路原理图如图所示． 答案(1)1.774(1.772～1.776均正确)(2)A1E1见解析图 [1-1]★★★在“探究决定导体电阻的因素”的实验中，用螺旋测微器测量金属丝直径时的刻度位置如图所示，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材料的电阻率． (1)从图中读出金属丝的直径为________mm. (2)为此取来两节新的干电池、开关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0.05 Ω
第七章 普通电阻率测井 普通电阻率测井是地球物理测井中最基本最常用的测井方法，它根据岩石导电性的差别，测量地层的电阻率，在井内研究钻井地质剖面。 岩石电阻率与岩性、储油物性、和含油性有着密切的关系。普通电阻率测井主要任务是根据测量的岩层电阻率，来判断岩性，划分油气水曾研究储集层的含油性渗透性，和孔隙度。 普通电阻率测井包括梯度电极系、电位电极系微电极测井。本章先简要讨论岩石电阻率的影响因素，然后介绍电阻率测井的基本原理，曲线特点及应用。 第一节 岩石电阻率与岩性储油物性和含油物性的关系 各种岩石具有不同的导电能力，岩石的导电能力可用电阻率来表示。由物理学可知，对均匀材料的导体其电阻率为： S L R r 其中L ：导体长度，S ：导体的横截面积，R ：电阻率仅与材料性质有关 由上式可以看出，导体的电阻不仅和导体的材料有关，而且和导体的长度、横截面积有关。 从研究倒替性质的角度来说，测量电阻这个物理量显然是不确切的，因此电阻率测井方法测量的是地层的电阻率，而不是电阻。 下面分别讨论一下影响岩石电阻率的各种因素： 一 岩石电阻率与岩石的关系 按导电机理的不同，岩石可分成两大类，离子导电的岩石很电子导电的岩石，前者主要靠连同孔隙中所含的溶液的正负离子导电；后者靠组成岩石颗粒本身的自由电子导电。 对于离子导电的岩石，其电阻率的大小主要取决于岩石孔隙中所含溶液的性质，溶液的浓度和含量等（如砂岩、页岩等），虽然其造岩矿物的自由电子也可以传导电流，但相对于离子导电来说是次要的，因此沉积岩主要靠离子导电，其电阻率比较底。 对于电子导电的岩石，其电阻率主要由所含导电矿物的性质和含量来决定。大部分火成岩（如玄武岩、花岗岩等）非常致密坚硬不含地层水，主要靠造岩矿物中少量的自由电子导电，所以电阻率都很高。如果火成岩含有较多的金属矿物，由于金属矿物自由电子很多，这种火成岩电阻率就比较底。 二 岩石电阻率与地层水性质的关系 沉积岩电阻率主要由孔隙溶液（即地层水）的电阻率决定，所以研究沉积岩的电阻率必须首先研究影响地层水电阻率的因素。 地层水的电阻率，取决于其溶解岩的化学成分，溶液含盐浓度和地层水的温度，电阻率与含盐浓度，及地层水的温度成正比，溶解盐的电离度越大，离子价越高，迁移率越大，地层水电阻率越小。也就是说岩石电阻率与地层水矿化度温度之间存在正比关系。 三 含水岩石电阻率与孔隙度的关系 沉积岩的导电能力主要取决于单位体积岩石中，孔隙体积（孔隙度）和地层水电阻率，孔隙度越大，地层水的电阻率越低，岩石电阻率就越低 实验证明，对于沉积岩
绝缘材料的直流电阻率或电导率的标准测试方法该标准发布在名为D 257的标准文件中；紧跟标准文件名称后的数字表示最初采用的年份，对于修订版本而言，表示最近一次修订的年份。括号里的数字表示最近一次通过审批的年份，上标ε表示自从最后一次修订或通过审批以来的编辑性的修改。 1、适用范围 1.1这些测试方法涵盖了直流绝缘电阻率、体积电阻率和表面电阻率的测量步骤。 通过试样、电极的几何尺寸和这些测量方法可以计算得到电绝缘材料的体积和表面电阻，同时也可以计算得到相应的电导率和电导。 1.2这些测试方法不适用测量适度导电的材料的电阻和电导。采用测试方法 D4496来表征这类材料。 1.3这个标准描述了测量电阻或电导的几种可替换的方法。最适合某种材料的测 试方法是采用适用于该材料的标准ASTM测试方法，而且这种标准测试方法定义了电压应力的极限值和有限的通电时间，以及试样的外形和电极的几何形状。这些单个的测试方法能更好的表示出结果的精度和偏差。 1.4测试步骤出现在下列部分中： 测试方法或步骤部分 计算13 测试仪器和方法的选择7 清洁固体试样10.1 试样的处理11 屏蔽电极的有限区域附录X2 电极系统 6 影响绝缘电阻或电导测量的因素附录X1 湿度控制11.2 液体试样和电池9.4 精度和偏差15 电阻或电导测量的步骤12 参考文件 2 报告14 取样8 意义和使用 5 试样安装10 测试方法总结 4 专业术语 3
绝缘材料表面、体积电阻或电导的测试试样9 典型测试方法附录X3 1.5 这个标准并没有列出与其应用相关的所有安全方面的考虑。使用该标准的用户需要建立适当安全、健康的操作规范和确立使用前监管限制的适用范围。 2、参考文件 2.1 ASTM标准 D150 电绝缘固体的交流损耗特性和介电常数的测试方法 D374 电绝缘固体的厚度的测量方法 D1169 电绝缘液体的电阻率的测试方法 D1711 与电绝缘体相关的术语 D4496 适度导电材料的直流电阻和电导的测试方法 D5032 通过水甘油溶液保持恒定相对湿度的做法 D6054 处理测试用电绝缘材料的方法 E104 通过水溶液保持恒定的相对湿度的做法 3、术语 3.1 定义——下列定义来自于术语D1711中，并被应用到本标准所使用的术语中。 3.1.1 电导，绝缘，n——两电极之间（或试样中）总的体积和表面电流与两电极间直流电压之比。 3.1.1.1 讨论——绝缘体的电导是其电阻的倒数。 3.1.2 电导，表面，n——两电极间（试样表面）的电流与两电极间的直流电压之比。 3.1.2.1 讨论——（一些体积电导不可避免的包含在实际的测量中）表面电导是表面电阻的倒数。 3.1.3 电导，体积，n——两电极间试样体积范围内的电流与两电极间直流电压之比。 3.1.3.1 讨论——体积电导是体积电阻的倒数。 3.1.4 电导率，表面，n——表面电导乘以试样的表面尺寸比（电极间的距离除以电极的宽度，这规定了电流路径），如果两电极位于正方形材料的对边上，表面电导率在数值上等于两电极间的表面电导。 3.1. 4.1 讨论——表面电导率用西门子来表示，通常为西门子/平方（正方形材料的尺寸与材料属无关）。表面电导率是表面电阻率的倒数。 3.1.5 电导率，体积，n——体积电导乘以试样的体积尺寸比（电极间的距离除以电极的截面积），如果电极位于单位立方体相对的面上，体积电导率在数值上等于两电极间的体积电导。
实验二 半导体电阻率和方阻测量的研究 一 、实验意义 电阻率是半导体材料的重要电学参数之一, 可以反映出半导体浅能级替位杂质浓度，薄层电阻是表征半导体掺杂浓度的一个重要工艺参数。测量电阻率与薄层电阻的方法很多，如二探针法、扩展电阻法等。而四探针法是目前广泛采用的标准方法，它具有操作方便，精度较高，对样品的几何形状无严格要求等特点。 二、实验目的 1、了解四探针电阻率测试仪的基本原理； 2、了解的四探针电阻率测试仪组成、原理和使用方法； 3、能对给定的物质进行实验，并对实验结果进行分析、处理。 三、实验原理 测 量 原理： 将四根排成一条直线的探针以一定的压力垂直地压在被测样品表面上，在 1、4 探针间通以电流 I(mA)，2、3 探针间就产生一定的电压 V(mV)(如图1)。测量此电压并根据测量方式和样品的尺寸不同，可分别按以下公式计算样品的电阻率、方块电阻、电阻： ` ①. 薄圆片(厚度≤4mm)电阻率： ?= I V ρ F （D/S ）╳ F （W/S ）╳ W ╳ Fsp Ω·cm …(1) 其中：D —样品直径，单位：cm 或mm ，注意与探针间距S 单位一致； S —平均探针间距，单位：cm 或mm ，注意与样品直径D 单位一致(四探针头合格证上的S 值)； W —样品厚度，单位：cm ，在F(W/S)中注意与S 单位一致； 图１.直线四探针法测试原理图
Fsp —探针间距修正系数(四探针头合格证上的F 值)； F(D/S)—样品直径修正因子。当D →∞时，F(D/S)=4.532，有限直径下的F(D/S)由附表B 查出： F(W/S)—样品厚度修正因子。W/S<0.4时，F(W/S)=1；W/S>0.4时，F(W/S)值由附表C 查出； I —1、4探针流过的电流值，选值可参考表5.2(第6页表5.2)； V —2、3探针间取出的电压值，单位mV ； ②. 薄层方块电阻Ｒ□： Ｒ□＝ ?I V F （D/S ）╳F （W/S ）╳ Fsp Ω/□ …(2) 其中：D —样品直径，单位：cm 或mm ，注意与探针间距S 单位一致； S —平均探针间距，单位：cm 或mm ，注意与样品直径D 单位一致(四探针头合格证上的S 值)； W —样品厚度，单位：cm ，在F(W/S)中注意与S 单位一致； Fsp —探针间距修正系数(四探针头合格证上的F 值)； F(D/S)—样品直径修正因子。当D →∞时，F(D/S)=4.532，有限直径下的F(D/S)由附表B 查出： F(W/S)—样品厚度修正因子。W/S<0.4时，F(W/S)=1；W/S>0.4时，F(W/S)值由附表C 查出； I —1、4探针流过的电流值，选值可参考表5.1(第6页表5.1)； V —2、3探针间取出的电压值，单位mV ； ①双面扩散层方块电阻Ｒ□ 可按无穷大直径处理，此时F(D/S)=4.532，由于扩散层厚度W 远远小于探针间距，故F(W/S)=1，此时 Ｒ□=4.532? I V ?Fsp ②单面扩散层、离子注入层、反型外延层方块电阻 此时F(D/S)值应根据D/S 值从附表C 中查出。另外由于扩散层、注入层厚度W 远远小于探针间距，故F(W/S)=1，此时有 Ｒ□＝ ?I V F （D/S ）?Fsp ③. 棒材或厚度大于 4mm 的厚片电阻率ρ： 当探头的任一探针到样品边缘的最近距离不小于 4S 时，测量区的电阻率为： C I V ?= ρ Ω·cm …(3) 其中：C ＝2πS 为探针系数，单位：cm (四探针头合格证上的C 值)； S 的取值来源于:1/S=（1/S1 +1/S3 –1/(S1+S3) –1/(S2+S3)），S1为(1-2)针、S2为(2-3)针、 S3 为(3-4)针的间距，单位：cm ； I —1、4探针流过的电流值，单位mA,选值可参考表5.2(第6页表5.2)； V —2、3探针间取出的电压值，单位mV ； ④. 电阻的测量： 应用恒流测试法，电流由样品两端流入同时测量样品两端压降。样品的电阻为： I V R = Ω …(3) 其中：I —样品两端流过的电流值，单位mA,选值可参考表5.2(第6页表5.2)； V —样品两端取出的电压值，单位mV ； 四、实验装置：
电阻率、体积电阻率、表面电阻率的区别与测定方法什么是电阻率？ 电阻跟导体的材料、横截面积、长度有关。 导体的电阻与两端的电压以及通过导体的电流无关。 导体电阻跟它长度成正比，跟它的横截面积成反比． (1)定义或解释 电阻率是用来表示各种物质电阻特性的物理量。用某种材料制成的长为1米、横截面积为1mm2米。的导体的电阻，在数值上等于这种材料的、电阻率。(2)单位 在国际单位制中，电阻率的单位是欧姆·米。一般常用的单位是欧姆·毫米2／米。 (3)说明 ①电阻率ρ不仅和导体的材料有关，还和导体的温度有关。在温度变化不大的范围内，几乎所有金属的电阻率随温度作线性变化，即ρ=ρo(1+at)。式中t是摄氏温度，ρo是O℃时的电阻率，a是电阻率温度系数。 ②由于电阻率随温度改变而改变，所以对于某些电器的电阻，必须说明它们所处的物理状态。如一个220 V 100 W电灯灯丝的电阻，通电时是484欧姆，未通电时只有40欧姆左右。 ③电阻率和电阻是两个不同的概念。电阻率是反映物质对电流阻碍作用的属性，电阻是反映物体对电流阻碍作用的属性。 什么是体积电阻率？
体积电阻率，是材料每单位体积对电流的阻抗，用来表征材料的电性质。通常体积电阻率越高，材料用做电绝缘部件的效能就越高。通常所说的电阻率即为体积电阻率。 ，式中，h是试样的厚度（即两极之间的距离）；S是电极的面积，ρv 的单位是Ω·m（欧姆·米）。 材料的导电性是由于物质内部存在传递电流的自由电荷，这些自由电荷通常称为载流子，他们可以是电子、空穴、也可以是正负离子。在弱电场作用下，材料的载流子发生迁移引起导电。材料的导电性能通常用与尺寸无关的电阻率或电导率表示，体积电阻率是材料导电性的一种表示方式。 简言之，在绝缘材料里面的直流电场强度与稳态电流密度之商,即单位体积内的体积电阻. 什么是表面电阻率？ 表面电阻：在试样的某一表面上两电极间所加电压与经过一定时间后流过两电极间的电流之商；访伸展流主要为流过试样表层的电流,也包括一部分流过试样体积的电流成分.在两电极间可能形成的极化忽略不计. 表面电阻率：在绝缘材料的表面层的直流电场强度与线电流密度之商,即单位面积内的表面电阻. 材料说明
实验：导体电阻率的测量 【教学目标】 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。【教学重难点】 1．掌握螺旋测微器的使用方法和读数方法。 2．学会利用伏安法测电阻，进一步测出金属丝的电阻率。【教学过程】 一、复习提问、新课导入 教师：回顾上节课的内容 1．电阻定律??=???? ?? 2．导体的电阻率??=???? ?? 反映材料导电性能好坏的物理量。 【提问】如何测量导体的电阻率？根据公式，需要测量哪些物理量？ 学生回答： ①测量导体的长度。 ②测量导体的横截面积。 ③测量导体的电阻。 【提问】这写物理量分别用哪些工具测量？怎样测量？ ①测量导体的长度。（刻度尺） ②测量导体的横截面积。（刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器） ③测量导体的电阻。（伏安法） 二、新课教学 （一）长度的测量及测量工具的选用 1．游标卡尺 （1）游标卡尺结构及使用方法介绍（图片加flash动画）
（2）原理：利用主尺的最小分度与游标尺的最小分度的差值制成。不管游标尺上有多少个小等分刻度，它的刻度部分的总长度比主尺上的同样多的小等分刻度少 1mm。 （3）精度：对应关系为10分度0.1mm，20分度0.05mm，50分度0.02mm。 （4）读数方法：若用??表示由主尺上读出的整毫米数，??表示从游标尺上读出与主尺上某一刻线对齐的游标的格数，则记录结果表达为：（??＋??×精度）mm。 2．游标卡尺的使用 读数=主尺整mm值+精确度×游标尺的对齐刻度数 （1）首先要弄清该尺的精度。 （2）接着从主尺上读出整毫米数。 （3）再从游标尺上读出不足1毫米的长度值。 （4）最后确定测量结果。 注意：不需估读！ 【练习】 1.游标卡尺的主尺最小分度为__________， 图1尺的精度是__________mm，读数是__________mm； 图2中的精度是__________mm，读数是__________mm。 2.读出以下各游标尺的测量值