金属电阻率的测量

实验：测定金属丝的电阻率基础知识（二）实验原理：R=ρ，S=πd2 【将测得R、l、d的值，代入电阻率计算公式ρ= =中，计算出金属导线的电阻率】根据电阻定律公式R=ρ，只要测量出金属导线的长度l和它的直径d，计算出导线的横截面积S，并用伏安法测出金属导线的电阻R，即可计算出金属导线的电阻率ρ.（五）注意事项(1本实验中被测金属导线的电阻值较小，为了减小实验的系统误差，实验电路必须采用电流表外接法．(2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，亦即电压表并入两点间的部分为待测导线长度．测量时应将导线拉直．(3闭合电键S之前，一定要使滑动变阻器的滑动片处在有效电阻值最大的位置．(4在用伏安法测电阻时，通过待测导线的电流I的值不宜过大(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过高，造成其电阻率在实验过程中增大.(5求R的平均值可用两种方法：第一种是用R＝U／I算出各次的测量值，再取平均值；第二种是用图象U—I（图线）的斜率来求出．若采用图象法，在描点时，要尽量使各点间的距离拉大一些，连线时要让各点均匀分布在直线两侧，个别明显偏离较远的点可以不予考虑.解题技法一、电流表外接法和内接法(1 电流表外接法:如图甲所示,由于电压表的分流,电流表测出的电流比R中的实际电流要大一些,所以R测真 .(2电流表内接法:如图乙所示,由于电流表的分压,电压表测出的电压比R两端的实际电压要大一些,所以R测>R真.(3电流表外接和内接的选择①用外接法时,测量电阻的真实值R=,由此可看出RV比R大得越多时,RV的分流越小,测量的误差越小.因此,外接法适宜测量小电阻.②用内接法时,测量电阻的真实值R=,由此可看出RA比R小得越多时,RA的分压越小,测得的误差越小.因此,内接法适宜测量大电阻.二、判定被测电阻的大小的方法(1若待测电阻的大约值已知时,当>,即R约<的情况下,可认为待测电阻是小电阻【即采用外接法】;当<,即R约>情况下,可认为待测电阻是大电阻【即采用内接法】.(2若待测电阻的大约值未知时,可根据实验中两电表的读数变化情况判定.如图所示,当电压表的一端分别接在a\,b两点时,若电压表的示数变化较大,说明待测电阻R可以与RA相比拟,待测电阻是小电阻.若电流表的示数变化较大,说明待测电阻R可以与RV相比拟,待测电阻是大电阻.三、滑动变阻器的两种接法【限流式和分压式】滑动变阻器在供电电路中有两种接线方式:限流式和分压式(如图.限流式可省一个耗电支路,分压式电压调节范围大,应根据需要选用.变阻器的分压与限流接法是高考的热点,虽然两种电路均可调节负载电阻电压和电流的大小,但在不同条件下,调节效果大不一样.(1负载电阻的阻值Rx远大于变阻器的总电阻R,须用分压式电路.(2要求负载上电压或电流变化范围较大,且从零开始连续可调,须用分压式电路.(3负载电阻的阻值Rx小于变阻器总电阻R或相差不多,且电压电流变化不要求从零调起时,可采取限流接法.(4两种电路均可使用的情况下,应优先采用限流式接法,因为限流接法总功耗较小.(5特殊问题中还要根据电压表和电流表量程以及电阻允许通过的最大电流值来反复推敲,以更能减小误差的连接方式为好.典例剖析典例一阻值约为30 kΩ的电阻R，欲用伏安法较准确地测出它的阻值.备选器材有:A.电源(E=16 V,r=2 Ω;B.电源（E=3 V,r=0.5 Ω）;C.电压表（量程0～15 V,内阻50 kΩ）;D.电压表（量程0～3 V,内阻10 kΩ）;E.电流表（量程0～500 μA,内阻500 Ω）；F.电流表（量程0～1 mA,内阻250 Ω）；G.滑动变阻器（阻值0～200 Ω）;H.电键一只，导线若干.(1从上述器材中选出合适的有用的器材____________：.(用字母表示(2画出实验电路图.解析：(1电阻R较大,故选大电源,提高I、U的数值，电源选A，电压表选C.I=mA≈0.5 mA电流表选E，再选GH.(2要较准确测量,故用分压式接法,比较各内阻关系,选内接法.答案：（1）ACEGH（2）如下图。

（十二）测定金属的电阻率一、实验思想方法和原理1、由公式R=ρL/S 知，金属导线的电阻率ρ=RS/L2、用毫米刻度尺测出金属导线的长度L ，用螺旋测微器测出导线的直径d ，从而算出横截面S ，再测出电阻R ，带入电阻率公式：ρ=RS/L 即可算出电阻率ρ。

3、测电阻R（1）测量方法用伏安法（参照实验“描绘小灯泡的伏安特性曲线”）。

（2）计算电阻值有两种方法○1计算法：将测出的3组U 、I 值分别带入公式R=U/I ，计算电阻R ，然后算出R 的平均值。

用这种办法时，如果滑动变阻器的全电阻与待测电阻阻值相近，接成限流式。

○2图像法：测出多组U 、I 值，用描点法做出U ～I 图线，图线的斜率即为待测电阻。

用这种办法时，滑动变阻器接成分压式。

二、器材选择1、选择顺序：先选电源，再选滑动变阻器，最后选电流表、电压表。

2、选择前提：保证每个器件都不被烧坏 （1）电流表、电压表不超过量程 （2）电路元件的电压、电流不超过额定值3、选择原则（1）电源选电动势较大的（实验现象明显）（2）电表选量程较小的○1电表要求在超过满刻度2/3的范围内读数 ○2量程小的表读数精确读高 （3）滑动变阻器选与待测电阻阻值相近的（调节作用明显）例：用伏安法测定一段阻值约为5Ω左右的金属导线的电阻，要求测量结果尽量准确，现备有以下器材：A 、电池组（3V ，内阻1Ω）B 、电流表（0～3A ，内阻0.0125Ω）C 、电流表（0～0.6A ，内阻0.125Ω）D 、电压表（0～3V ，内阻3k Ω）E 、电压表（0～15V ，内阻15k Ω）F 、滑动变阻器（0～20Ω，额定电流1A ）G 、滑动变阻器（0～2000Ω，额定电流0.3A ） H 、电键、导线。

上述器材中应选用的是________。

（填写各器材的字母代号）分析：（1）上述器材中应选用的是________。

○1先选电源：（电源选电动势较大的，只有一个，选择是唯一的。

实验一：测定金属的电阻率一、实验原理：①用测量电阻的方法测量金属丝的电阻〔伏安法、伏伏法、安安法、等效替代法、半偏法等〕；②用米尺测量接入电路中金属丝的长度L；〔在拉直状态下，测三次取平均值〕③用螺旋测微器测量金属丝的直径d，计算出其横截面积S；〔在三个不同的位置，测三次取平均值〕④据电阻定律R=ρL/S，计算出电阻率ρ=RS/L=πd2U/4ILPS：①为防止温度对电阻的影响，应使时间尽量短，电流尽量小；②此电路一般采用外接式，且应使电表示数偏转较大，以减小读数误差；③数据处理：多次测量U、I值，求出电阻之后，再对电阻取均值\\利用U-I图像求也可以；④实验前，一定要保证电路中的电流最小。

〔依据限流式或者分压式具体分析〕二、考点研析：考点1：游标卡尺和螺旋测微器的读数〔1〕游标卡尺的读数：方法：主尺〔cm〕+副尺〔n×精度〕n:与主尺刻线对齐的第n条线；精度：〔10等分〕0.1mm、〔20等分〕0.05mm、〔50等分〕〔2〕螺旋测微器的读数：方法：读数=固定刻度mm〔注意半格是否露出〕+可动刻度〔含估读〕考点2：全面考查实验“测定金属的电阻率”例题1：在“测定金属的电阻率”实验中，所用测量仪器均已校准，待侧金属接入电路部分的长度约为50cm。

〔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1所示，其读数应为________mm(该值接近多次测量的平均值〕R.实验所用器材为：电池组〔电动势3V，内阻约为1Ω〕，电流表〔Ω〕，电压〔2〕用伏安法测量电阻丝的电阻Xk阻〕，滑动变阻器R〔0~20Ω，额定电流2A〕，开关，导线假设干。

某小组同学利用以上器材正确表〔内阻约3Ω连接好电路，进行实验测量，记录数据如下：R是采用图2中的_____图(选填“甲”或“乙”)由以上实验数据可知：他们测量X〔3〕图3是测量Rx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。

测定金属的电阻率【实验目的】用伏安法间接测定某种金属导体的电阻率；练习使用螺旋测微器。

【实验原理】根据电阻定律公式R = ，只要测量出金属导线的长度l 和它的直径d ，计算出导线的横截面积S ，并用伏安法测出金属导线的电阻R ，即可计算出金属导线的电阻率ρ=【实验器材】被测金属导线，直流电源（4V ），电流表(0-0.6A)，电压表（0-3V ），滑动变阻器（50Ω），电键，导线若干，螺旋测微器，毫米刻度尺。

【实验步骤】1．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 。

2．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．用 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．把滑动变阻器的滑动片调节到使接入电路中的电阻值 的位置，电路经检查确认无误后，闭合电键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，断开电键S ，求出导线电阻R 的平均值。

5．将测得的R 、l 、d 值，代入电阻率计算公式lIU d l RS 42πρ==中，计算出金属导线的电阻率。

6．拆去实验线路，整理好实验器材。

【注意事项】1．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，亦即电压表两并入点间的部分待测导线长度，测量时应将导线拉直。

2．本实验中被测金属导线的电阻值较小，因此实验电路必须采用电流表外接法。

3．实验连线时，应先从电源的正极出发，依次将电源、电键、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。

4．闭合电键S 之前，一定要注意滑动变阻器的滑动片的位置。

5．在用伏安法测电阻时，通过待测导线的电流强度I 的值不宜过大（电流表用0~0.6A 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。

实验二：测定金属的电阻率螺旋测微器（千分尺）的读数：螺纹的螺距为0.5mm.即测微螺杆旋转一周时前进或者后退0.5mm.将螺旋分成50等份，每一份表示直线位移变化0.01mm,即螺旋测微器的分度值为0.01mm。

1.实验原理根据部分电路的欧姆定律：导体电阻R=根据电阻定律：R=用毫米刻度尺测一段金属丝导线的长度L，用螺旋测微器测导线的直径d，用伏安测导线的电阻R，得=RSL = πud24IL2实验器材：被测金属丝、螺旋测微计、刻度尺、电源、电压表、电流表、开关、导线若干3.实验步骤（1）用螺旋测微器在导线的三个不同位置各测一次，取直径d的平均值，然后计算出导线的横截面积S；（2）将金属丝两端固定在接线柱上悬空挂直，用毫米刻度尺测量接入电路的金属丝长度L，反复测量三次，求平均值；（3）按照图中所示的电路图用导线把器材连接好，并把滑动变阻器的阻值调至最大（4）求出R，带入数据求解。

3.注意事项（1）本实验中被测金属丝的电阻值较小，为了减小实验的误差，必须采用电流表外接法；（2通电电流不宜过大（电流表量程选用0~0.6A），通电时间不宜过长，以免温度过高对金属阻值增大（3）求R，可用平均值法，或者作U-I图像【例题1】在测量金属丝电阻率的实验中，可供选用的器材如下：待测金属丝：Rx（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）；电流表：A2（量程3 A，内阻约0.05 Ω）；电源：E1（电动势3 V，内阻不计）；电源：E2（电动势12 V，内阻不计）；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，示数如下图所示，读数为________mm。

②若滑动变阻器采用限流接法，为使测量尽量精确，电流表应选________、电源应选________（均填器材代号），在虚线框内完成电路原理图。

测定金属的电阻率什么是电阻率电阻率是材料单位长度内电阻的比值，通常用 Greek 字母ρ （rho）表示。

电阻率是决定材料导电能力的重要参数之一。

一般来说，导体的电阻率比较小，绝缘体的电阻率比较大。

因此，金属往往是非常好的导体，它们具有较低的电阻率。

测定电阻率的方法桥式方法测量金属电阻率最常用的方法之一是桥式法。

桥式法的原理是在平衡状态下，电桥两端电势相等，这时桥路中相反方向的电动势与阻值之积相等。

桥式法需要用到一个电桥电路，电桥电路包括四个电阻器，其中一个被测量的金属电阻器，一个已知电阻的标准电阻器，另外两个电阻器用于调节桥路的平衡状态。

桥路平衡时，被测量的金属电阻器的电阻值就可以通过已知电阻值和桥路偏差计算得出。

粘着法测量电阻率的另一种方法是粘着法。

这种方法主要用于薄膜电阻率的测量，比如金属薄膜的电阻率。

粘着法的原理是通过测量在一定长度和厚度下金属膜的电阻值得出金属膜的电阻率。

在实际操作中，需要将已知宽度和长度的金属薄膜沉积在绝缘基底上，并通过测量薄膜所占的面积和所提供的电阻值来计算薄膜的电阻率。

这种方法精度较高，误差小，适用于一些高精度要求的场合。

联合法联合法是测定金属电阻率的第三种方法。

类似于桥式法，联合法同样需要使用一组标准电阻及一个保持器，但它不需要取下被测件和标准电阻，只需改变保持器的接点位置，就可以在不同阻值下得到相应的电流。

联合法的优点是避免了取下被测件和标准电阻的操作，减少了可能产生的误差。

但需要使用更加复杂的电路结构，增加了电路的设计难度。

通过三种方法的比较可以看出，每种方法都有其各自的适用范围和优点。

选择哪种方法需要根据实际需要和条件来决定。

无论哪种方法，在进行实验之前都需要进行实验设计及计算。

在实验中需要注意精度控制、数据记录及处理，以保证得到准确可靠的结果。

实验2 金属丝电阻率的测量一、实验目的1．进一步掌握螺旋测微器的原理及读数方法． 2．练习使用电流表、电压表及伏安法测电阻． 3．测定金属的电阻率． 二、实验思路 1．实验电路：用甲、乙两图都可，图甲中的滑动变阻器为分压式接法，图乙中的滑动变阻器为限流式接法．2．用毫米刻度尺测出金属丝的长度l ，用螺旋测微器测出金属丝的直径d ，算出横截面积S ⎝⎛⎭⎫S ＝πd24． 3．由电阻定律R ＝ρl S ，得ρ＝SR l ＝πd 2R 4l ＝πd 2U 4lI ，求出电阻率．三、实验器材螺旋测微器、毫米刻度尺、电压表、电流表、定值电阻、开关及导线、被测金属丝、电池、滑动变阻器．四、实验步骤1．测直径：用螺旋测微器在被测金属丝上三个不同位置各测一次直径，并记录． 2．量长度：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，并记录．3．连电路：按如上所示的电路图连接实验电路．4．求电阻：电路经检查确认无误后，闭合开关S ，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，记入表格内，断开开关S ．5．拆除实验电路，整理好实验器材．五、数据处理电阻R 的数值可用以下两种方法确定：1．计算法：利用每次测量的U 、I 值分别由公式R ＝UI 计算出电阻，再求出电阻的平均值作为测量结果．2．图像法：可建立I －U 坐标系，将测量的U 、I 值描点作出图像，利用图像的斜率求出电阻R ．六、注意事项1．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． 2．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． 3．测量l 时应测接入电路中的金属丝的有效长度(即两接线柱之间的长度)；在金属丝的三个不同位置上用螺旋测微器测量直径d ．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．要点一 仪器读数和实验原理有一合金制成的圆柱体．为测量该合金的电阻率，现用伏安法测量圆柱体两端之间的电阻，用螺旋测微器测量该圆柱体的直径，用游标卡尺测量该圆柱体的长度．螺旋测微器和游标卡尺的示数如图甲和乙所示．(1)由图读得圆柱体的直径为________mm ，长度为________ cm ．(2)若流经圆柱体的电流为I ，圆柱体两端之间的电压为U ，圆柱体的直径和长度分别用D 、L 表示，则用D 、L 、I 、U 表示的电阻率的关系式为ρ＝________．解析 (1)圆柱体的直径为1.5 mm ＋34.5×0.01 mm ＝1.845 mm ；长度为42 mm ＋8×0.05 mm ＝42.40 mm ＝4.240 cm ．(2)由欧姆定律R ＝U I 和电阻定律R ＝ρL S联立得ρ＝RS L ＝US IL ＝πD 2U4IL．答案 (1)1.845(1.842～1.846均正确) 4.240(2)πD 2U 4IL要点二 电路连接和数据处理在“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1所示，其读数应为________mm(该值接近多次测量的平均值)．图1(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，记录数据见下表．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 /A0.0200.0600.1600.2200.3400.4600.520由实验数据可知，他们测量R x 是采用图2中的________(选填“甲”或“乙”)图．图2(3)图3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3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．图3图4(4)这个小组的同学在坐标纸上建立U、I坐标系，如图4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)．(5)根据以上数据可以估算出金属丝电阻率约为________(填选项前的符号)．A．1×10－2Ω·m B．1×10－4Ω·mC．1×10－6Ω·m D．1×10－8Ω·m解析(1)螺旋测微器的读数为0＋39.8×0.01 mm＝0.398 mm．(2)由实验记录的数据可知R x的阻值大约为5 Ω．由题知R x≪R V，故电流表OA外接，若滑动变阻器接为限流的形式，则R x两端的电压最小值U min＝520＋5＋1＋0.1E≈0.6 V，而从实验数据可知，R x两端电压可为0.10 V，因此滑动变阻器应采用分压的形式．(3)如图甲所示．甲(4)选尽可能多的点连成一条直线，使不在直线上的点均匀分布在直线两侧，如图乙所示．乙图线的斜率反映了金属丝的电阻，因此金属丝的电阻值R x＝4.4 Ω．(5)根据R＝ρlS得金属丝的电阻率ρ＝RSl＝πRd24l＝3.14×4.4×(0.398×10－3)24×0.5Ω·m≈1.09×10－6Ω·m．故选项C正确．答案(1)0.398(0.395～0.399均正确)(2)甲(3)见解析图甲(4)见解析图乙4.4(4.3～4.7均正确)(5)C[训练](1)在测定一根粗细均匀合金丝电阻率的实验中，利用螺旋测微器测定合金丝直径的过程如图所示，校零时的读数为________mm，合金丝的直径为________mm．(2)为了精确测量合金丝的电阻R x，设计出如图甲所示的实验电路图，按照该电路图完成图乙中的实物电路连接．甲乙解析(1)按照螺旋测微器的读数原则得，校零时的读数为0.007 mm，合金丝的直径为0.645 mm－0.007 mm＝0.638 mm．(2)连线如图所示．答案(1)0.0070.638(0.636～0.640均正确)(2)见解析图要点三实验创新设计国标(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 ℃的自来水的电阻率，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：甲乙电源(电动势约3 V，内阻可忽略)；电压表V1(量程0～3 V，内阻很大)；电压表V2(量程0～3 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．____________________．(1)补充完整实验步骤．(2)测玻璃管内径d时游标卡尺示数d＝30.00 mm，玻璃管内水柱的电阻值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，绘制出如图乙所示的R－1L关系图像．则自来水的电阻率ρ＝________Ω·m(保留两位有效数字)．(4)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________(选填“偏大”“不变”或“偏小”)．解析(1)实验做完后，要断开S，整理好器材．(2)设把S拨到1位置时，电压表V1的示数为U，则此时电路电流I＝UR1，电源的电动势E ＝UR 1R x ＋U ，当把S 拨到2位置，调整电阻箱的阻值，使电压表V 2的示数与电压表V 1的示数相同，也为U ，则此时电路中的电流I ′＝U R ，电源的电动势E ＝U R R 2＋U ，可得R x R 1＝R 2R ，解得R x ＝R 1R 2R．(3)从图乙中可知，R ＝2.0×103 Ω时，1L ＝5.0 m －1，此时玻璃管内水柱的电阻R x ＝R 1R 2R ＝4 000 Ω，水柱横截面积S ＝πd 22＝7.065×10－4m 2，根据电阻定律有R x ＝ρL S ，代入数据可得ρ＝14 Ω·m ．(4)若电压表V 1内阻不是很大，则把S 拨到1位置，此时电路电流大于UR 1，电源的电动势将大于U R xR 1＋U ，所以测得的R x 将偏大，因此自来水电阻率测量结果将偏大．答案 (1)断开S ，整理好器材 (2)R 1R 2R (3)14(4)偏大。

测量金属导体电阻率的常见实验方法导体的电阻率是描述其导电性能的一个重要指标，也是电导材料中的物理常量之一。

在工业生产和实验室研究中，对金属导体的电阻率进行准确测量是非常关键的，因为它直接影响到导线材料的选用、电路的设计以及电子元件的工作性能。

为了测量金属导体的电阻率，人们发展了许多实验方法，这些方法主要分为直流和交流两种。

对于不同的应用场景和实验目的，选择合适的方法是非常重要的。

直流电阻率测量方法是最常见和最简单的一种方法。

在这种方法中，实验通常采用电流源、电压源和电阻计组成的电路。

首先，通过电流源给导体施加一个稳定的电流；然后，通过电阻计测量导体上的电压。

根据欧姆定律，电流和电压之间的比值就是导体的电阻值。

进一步，通过导体的几何尺寸，可以计算出其电阻率。

这种方法适用于绝大部分金属导体，测量结果准确可靠。

但是，由于导体本身的特性以及仪器的限制，仅用这种方法测量导体的电阻率，往往不能满足一些高精度要求。

为了解决上述问题，科学家们发展出了交流电阻率测量方法。

交流电阻率测量方法相比于直流方法更加精确和灵敏。

这种方法利用交流信号在导体中的传播特性，通过测量导体上的电流相位和幅值，来计算其电阻和电感值。

为了保证测量结果的准确性，需要采用频率可调的电源和精密的相量表。

此外，在测量之前，还需要对导体进行特殊处理，例如通过涂覆绝缘层，减小表面效应的干扰。

交流电阻率测量方法适用于多种导体，特别是对于导体内部存在微观结构的材料，更加精确和可靠。

除了直流和交流电阻率测量方法，还有一些其他比较特殊的实验方法。

例如，四探针法是一种常用的方法，特别适用于薄膜和微细导体的电阻率测量。

通过在导体表面均匀放置四个探头，并通过电流源和电压计进行测量，可以获得较准确的电阻率值。

相比于传统的二探针法，四探针法能够减小接触电阻和表面效应的干扰，提高测量精度。

此外，还有一些新兴的实验方法正在被广泛研究和应用。

例如，热膨胀法利用导体的导电性和热膨胀性质，测量导体在不同温度下的尺寸变化，进而计算出电阻率。

金属电阻率的测量一、实验目的及要求掌握数字双电桥法测量电阻的原理及操作方法。

了解影响金属电阻率的因素。

二、实验设备（环境）及要求双电桥、铜合金棒（不同铝含量）、铝合金棒（不同铜含量）、钢棒、拉伸机、热处理炉、游标卡尺、金相显微镜、切割机、打磨机、砂纸、抛光机、origin软件、TH2828LCR Meter等。

三、实验内容与步骤实验步骤：1.在仪器底部电池盒中装上3~6节1号干电池，或在外接电源接线柱“B外”上接入1.5~2伏容量小于10安培小时的直流电源，并将“电源选择”开关拨向相应位置。

2.将检流计指针调到“0”位置。

3.将被测电阻Rx的四端接到双臂电桥的相应四个接线柱上。

4.估计被测电阻值将倍率开关旋到相应位置上。

5.当测量电阻时，应先按“B”后按“G”按钮，并调节读数盘RN，使电流计重新回到“0”位。

断开时应先放“G”后放“B”按钮。

注意:一般情况下，“B”按钮应间歇使用。

此时电桥已出平衡，而被测电阻Rx为Rx=（倍率开关的示值）×（读数盘的示值）欧— 1 —6.使用完毕，应把倍率开关旋到“G短路”位置上。

实验内容：1.试样：①淬火钢棒、淬火后再经不同温度回火的钢棒、退火再结晶的钢棒②不同拉伸变形量的铜合金棒和钢棒③铝含量不同的铜合金棒④铜含量不同的铝合金棒⑤将上述铝含量不同的铜合金棒在温度T1、T2、T3……下加热、保温、待组织均匀后淬火处理⑥将上述铜含量不同的铝合金棒在温度T1、T2、T3……下加热、保温、待组织均匀后淬火处理2.方法：①分组，每组测出上述部分试样的结构，之后再综合实验结果。

②每组按仪器使用方法测量试样的电阻值和尺寸，每个试样的电阻重复测三次；③记录实验数据，计算电阻率，取平均值；— 2 —④绘出变形量-电阻率曲线；⑤固溶体溶解度曲线的绘制（铜合金或铝合金）：绘出成分-温度曲线，取各个温度下由曲线到直线的拐折的成分（下称成分）；绘出成分-温度曲线，即固溶体的溶解度曲线，如图6所示。

第2课时 实验2 金属丝电阻率的测量一、实验目的1.练习使用电流表、电压表及伏安法测电阻。

2.测定金属的电阻率。

二、实验原理1.把金属电阻丝接入电路中，用伏安法测金属丝的电阻R ⎝ ⎛⎭⎪⎫R ＝U I 。

电路原理图如图所示。

2.用毫米刻度尺测出金属丝的长度l ，用螺旋测微器测出金属丝的直径d ，算出横截面积S ⎝ ⎛⎭⎪⎫S ＝πd 24。

3.由电阻定律R ＝ρl S ，得ρ＝RS l ＝πd 2R 4l ＝πd 2U4lI ，求出电阻率。

三、实验器材螺旋测微器、毫米刻度尺、电压表、电流表、开关及导线、待测金属丝、电源(学生电源)、滑动变阻器。

四、实验步骤1.测直径：用螺旋测微器在待测金属丝上三个不同位置各测一次直径，并记录。

2.连电路：按实验原理中的电路图连接实验电路。

3.量长度：用毫米刻度尺测量接入电路中的待测金属丝的有效长度，重复测量3次，并记录。

4.测电阻：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。

五、数据处理1.金属丝直径：将在三个不同位置测量的直径取平均值作为金属丝的直径d。

2.金属丝长度的测量：将3次测量的长度取平均值作为金属丝的长度l。

3.金属丝的电阻(1)平均值法：可以用每次测量的U、I分别计算出金属丝的电阻，再求平均值作为金属丝的电阻。

(2)图像法：建立U－I坐标系，将测量的对应U、I值描点作出图像，利用图像斜率来求出金属丝的电阻R。

4.电阻率的计算将测得的R、l、d的值，代入电阻率计算公式ρ＝RSl＝πd2R4l中，计算出金属丝的电阻率。

六、误差分析1.金属丝直径、长度测量的不准确带来偶然误差。

2.电流表外接法，R测<R真导致ρ测<ρ真(系统误差)。

3.通电时间过长，电流过大，都会导致电阻率发生变化(系统误差)。

实验测量金属丝的电阻率1．掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法。

2．学会使用螺旋测微器测量金属丝直径。

3．会用伏安法测电阻，进一步测量金属丝的电阻率。

如图所示，取一段金属电阻丝连接到实验电路中，只要测出电阻丝的电阻R 、长度l 和直径d ⎝ ⎛⎭⎪⎫S ＝πd 24，就可以计算出该电阻丝所用材料的电阻率，即ρ＝SR l ＝πd 2R4l 。

毫米刻度尺、螺旋测微器、直流电流表和直流电压表、滑动变阻器(阻值范围0～50 Ω)、电池组、开关、被测金属丝、导线若干。

1．测金属丝直径d ：在准备好的金属丝上三个不同位置用螺旋测微器各测一次直径，求出其平均值d 。

2．按照电路图连好电路。

3．测量金属丝有效长度l ：将金属丝两端固定在接线柱上悬空挂直，用毫米刻度尺测量接入电路的金属丝长度(即有效长度)，反复测量三次，求出平均值l 。

4．求金属丝的电阻R ：把滑动变阻器调到接入电路中的阻值最大的位置，检查无误后，闭合开关S，改变滑动变阻器滑片的位置，读取多组电压电流值并记录在表格中，断开开关S，求出金属丝电阻R的平均值。

5．整理仪器。

6．将测得的R、l、d值，代入公式ρ＝πd2R4l中，计算出金属丝的电阻率。

1．求R的两种方法(1)用R＝UI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、l、d的值，代入公式ρ＝πd2R4l，计算材料的电阻率。

1．金属丝直径、长度的测量及电流表、电压表读数带来的偶然误差。

2．电路中因为电流表外接，所以R测<R真，由R＝ρlS，知ρ测<ρ真。

3．通电电流过大，时间过长，致使电阻丝发热，电阻率随之变化带来误差。

1．为了方便，测量直径应在导线连入电路前进行；为了准确测量金属丝的长度，测量应该在金属丝连入电路之后在拉直的情况下进行，测量待测导线接入电路的两个端点之间的长度。

2．本实验中被测金属丝的电阻值较小，故须采用电流表外接法。

实验2 金属丝电阻率的测量[学习目标] 1.掌握测量金属丝电阻率的实验原理和方法.2.了解伏安法测电阻的思路及实验数据的处理方法．一、实验思路设计实验电路，如图1，取一段金属电阻丝连接到电路中，测出电阻丝的电阻R 、长度l 和直径d (S ＝πd 24)，由R ＝ρl S 得：ρ＝RS l (用R 、S 、l 表示)＝πd 2R4l (用R 、d 、l 表示)，从而计算出该电阻丝所用材料的电阻率．图1二、物理量的测量 1．电阻的测量根据伏安法测电阻的思想：用电压表测电阻丝两端的电压，用电流表测电阻丝中的电流，读出多组电压、电流值，通过U －I 图像求R . 2．电阻丝有效长度的测量用刻度尺测量电阻丝接入电路的有效长度l .反复测量多次，得到有效长度的平均值． 3．电阻丝直径的测量电阻丝比较细，所以我们采用累积的方法测量，或选取螺旋测微器或游标卡尺来测量电阻丝的直径d .在不同位置测量三次，根据S ＝14πd 2计算出电阻丝的横截面积S .三、数据分析 1．数据处理(1)公式法求电阻：测量多组电流、电压值，求出对应的电阻后取平均值，不能对电流、电压取平均值．(2)图像法求电阻：作出U －I 图像，由图像的斜率求出电阻值，在设定标度时要尽量使各点间的距离拉大一些，连线时要让各点均匀分布在直线的两侧，个别偏离较远的点可以不予考虑．(3)计算导体的电阻率：将三个测量值代入公式ρ＝RS l ＝πd 2R4l 即可求电阻丝的电阻率．2．误差分析(1)电阻丝通电时温度升高，使所测电阻率比常温下电阻率略大． (2)电阻丝长度及电阻丝直径测量不准确．一、实验原理和操作(2021·宿迁沭阳修远中学高一下月考)某同学测量一个圆柱体的电阻率，需要测量圆柱体的尺寸和电阻．(1)分别使用游标卡尺和螺旋测微器测量圆柱体的长度和直径，某次测量的示数如图2甲和乙所示，则圆柱体的长度为________ cm ，直径为________ mm.图2(2)按图丙连接电路后，实验操作如下：①将滑动变阻器R 1的阻值置于最大处，将S 2拨向接点1，闭合S 1，调节R 1，使电流表示数为一个恰当的值I 0；②将电阻箱R 2的阻值调至最大处，S 2拨向接点2，保持R 1不变，调节R 2，使电流表的示数仍为I 0，此时R 2阻值为12.8 Ω；(3)由(2)中的测量，可得圆柱体的电阻为________ Ω；(4)利用以上各步骤中所测得的数据，得该圆柱体的电阻率为________ Ω·m. 答案 (1)5.02 5.315 (3)12.8 (4)5.65×10－3解析 (1)根据游标卡尺读数规则可读出读数为l ＝50 mm ＋2×0.1 mm ＝50.2 mm ＝5.02 cm 根据螺旋测微器读数规则可知螺旋测微器的读数d ＝5 mm ＋31.5×0.01 mm ＝5.315 mm (3)由等效替代法测量电阻的原理可知R x ＝R 2＝12.8 Ω (4)由R x ＝ρl S ＝ρlπ⎝⎛⎭⎫d 22可得ρ＝πd2R x4l代入数据解得ρ≈5.65×10－3Ω·m.二、实验数据处理在“测定金属丝的电阻率”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3所示，其读数应为_____ mm (该值接近多次测量的平均值)．图3(2)用伏安法测金属丝的电阻R x.实验所用器材为电池组(3 V)、电流表、电压表、滑动变阻器R(0～20 Ω，额定电流2 A)、开关、导线若干．图4某小组同学利用以上器材按照图4正确连接好电路，进行实验测量，记录数据如下：次数1234567U/V0.100.300.70 1.00 1.50 1.70 2.30I/A0.0200.0600.1600.2200.3400.4600.520(3)图5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置于滑动变阻器的一端．请根据(2)所选的电路图，补充完成图中实物间的连线．图5(4)这个小组的同学在坐标纸上建立U－I坐标系，如图6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)．图6(5)根据以上数据可以估算出金属丝电阻率约为________． A ．1×10－2 Ω·m B ．1×10－3 Ω·m C ．1×10－6 Ω·mD ．1×10－8 Ω·m答案 (1)0.398(0.397～0.399均正确) (3)见解析图 (4)见解析图 4.4(4.3～4.7均可) (5)C解析 (1)螺旋测微器的读数为0 mm ＋39.8×0.01 mm ＝0.398 mm. (3)实物图如图甲所示(4)图线应过原点，选尽可能多的点连成一条直线，不在直线上的点均匀分布在直线两侧，偏离较远的点应舍去，如图乙所示．图线的斜率表示金属丝的电阻，因此金属丝的电阻值R x ≈4.4 Ω. (5)根据R x ＝ρlS得金属丝的电阻率ρ＝R x S l ＝πR x d 24l ＝3.14×4.4×(0.398×10－3)24×0.5Ω·m≈1.09×10－6 Ω·m ，故选项C 正确．针对训练 (2021·如皋市高一质量调研)在“测定金属的电阻率”的实验中图7(1)某同学用螺旋测微器测金属丝直径时，测得结果如图7甲所示，则该金属丝的直径为________ mm.(2)用量程为3 V 的电压表和量程为0.6 A 的电流表测金属丝的电压和电流时读数如图乙所示，则电压表的读数为________ V ，电流表的读数为________ A.(3)用米尺测量金属丝的长度L ＝0.810 m ．利用以上测量数据，可得这种材料的电阻率为________ Ω·m (保留两位有效数字)．答案 (1)2.935 (2)2.60 0.52 (3)4.2×10－5 Ω·m解析 (1)螺旋测微器的读数为：d ＝2.5 mm ＋43.5×0.01 mm ＝2.935 mm ；(2)因电压表的每小格为0.1 V ，所以应估读到0.01 V ，所以电压表的读数为：U ＝2.60 V ； 同理，电流表的每小格为0.02 A ，应估读到0.01 A ，所以电流表的读数为：I ＝0.52 A. (3)金属丝电阻R ＝U I ，根据R ＝ρL S 得ρ＝RSL ＝R ·(d2)2πL代入数据得ρ≈4.2×10－5 Ω·m.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8所示．在测量电阻丝的直径时，先将电阻丝轻轻地夹在测砧与测微螺杆之间，使电阻丝与测微螺杆、测砧刚好接触，再旋动________(选填“A ”“B ”或“C ”)，直到听到“喀喀”的声音，以保证压力适当，同时防止螺旋测微器的损坏．图8(2)选择电阻丝的________(选填“同一”或“不同”)位置进行多次测量，取其平均值作为电阻丝的直径．(3)图9甲中R x为待测电阻丝．请用笔画线代替导线，将滑动变阻器接入图乙实物电路中的正确位置．图9(4)为测量R x，利用图甲所示的电路，调节滑动变阻器测得5组电压U1和电流I1的值，作出的U1－I1关系图像如图10所示．接着，将电压表改接在a、b两端，测得5组电压U2和电流I2的值，数据见下表：U2/V0.50 1.02 1.54 2.05 2.55I2/mA20.040.060.080.0100.0请根据表中的数据，在图中方格纸上作出U2－I2图像．图10(5)由此，可求得电阻丝的阻值R x＝________Ω.根据电阻定律可得到电阻丝的电阻率．答案(1)C(2)不同(3)如图所示(4)如图所示(5)23.5(23.0～24.0均可)解析(1)A起固定作用，便于读数；B为粗调，调节B使电阻丝与测微螺杆、测砧刚好接触；然后调节C，C起微调作用．(2)电阻丝电阻R＝ρlS，测量一段电阻丝的电阻，S为这段电阻丝的横截面积，而不是某位置处的横截面积，故应在不同位置进行多次测量，取平均值作为电阻丝的直径以减小误差．(4)把U2和I2的数据在方格纸中描点，用过原点的直线把它们连在一起，让尽可能多的点在直线上．(5)结合题图中图线的斜率可知R0＋R x＋R A＝49.0 Ω，R0＋R A＝25.5 Ω，解得R x＝23.5 Ω.。