测量金属电阻率

伏安法 · 螺旋测微器 · ρ=Rπd²/(4l) · 高中电学
高考必考
阶段一:测直径
阶段二:测电阻
拖拽旋钮测量电阻丝直径 · 测 3 次取平均
螺旋测微器 电阻丝 放大镜 测量位置: 1 2 3

实验引导

1测直径:螺旋测微器量电阻丝(3次)
2接电路:伏安法外接法测电阻
3测 U-I:改变 R,记录多组 U、I
4求 R:U-I 图拟合直线斜率
5算 ρ:ρ = Rπd²/(4l)

阶段一:测直径

当前读数
0.000 mm
平均值 d̄
mm
零点读数0.000 mm
已测次数0 / 3
建议测量 3 次取平均

直径记录

次数位置d(mm)
旋转旋钮测量

最终计算

平均直径 d̄待测
电阻 R待测
电阻率 ρ待计算

电阻率公式

由电阻定律 R = ρl/S 和圆面积 S = πd²/4,可得电阻率计算公式。

  • R — 电阻丝电阻(Ω),由伏安法测量
  • d — 电阻丝直径(m),由螺旋测微器测量
  • l — 电阻丝长度(m),由刻度尺测量

注意单位换算:d 从 mm 换算到 m,l 从 cm 换算到 m。

螺旋测微器读数

读数 = 固定刻度(主尺)+ 可动刻度(副尺)× 0.01mm

主尺每格 0.5mm(上下交错),副尺 50 格转一圈 = 0.5mm,每格 0.01mm。

零误差:使用前先合拢两测量面,读取零点读数,测量值 = 读数 - 零点。

高考常考:螺旋测微器读数 + 零误差修正。

伏安法测电阻(外接法)

电阻丝阻值较小(几 Ω),适合安培表外接法(电压表并联在电阻丝两端)。

系统误差:电压表分流导致 R 测 < R 真。

高考考点:何时用内接法、何时用外接法?判据:R 大用内接,R 小用外接。

误差分析

直径测量:不同位置直径可能不一致(电阻丝不完全均匀),需多次测量取平均。

长度测量:接线柱之间的有效长度,不是电阻丝总长度。

电路测量:外接法 R 偏小 → ρ 偏小;内接法 R 偏大 → ρ 偏大。

d 的测量误差对 ρ 影响最大(ρ ∝ d²),是主要误差来源。

考点提醒:为什么 d 要测 3 次取平均?因为 ρ ∝ d²,d 的误差被平方放大。

典型例题

题目:测得 d̄=0.400mm,l=60.0cm,U-I 图斜率 R=2.39Ω。求电阻率 ρ。

d = 0.400mm = 4.00×10⁻⁴ m
l = 60.0cm = 0.600 m
S = πd²/4 = π×(4.00×10⁻⁴)²/4 = 1.257×10⁻⁷ m²
ρ = RS/l = 2.39×1.257×10⁻⁷/0.600
ρ = 5.01×10⁻⁷ Ω·m
(康铜标准值 5.0×10⁻⁷ Ω·m,吻合良好)
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