Question

某同學(xué)做“測(cè)定金屬電阻率”的實(shí)驗(yàn)．
①需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)直接測(cè)量的物理量有：

加在金屬絲兩端的電壓U，通過(guò)金屬絲的電流I，金屬絲的長(zhǎng)度L，金屬絲的直徑D

（寫(xiě)出名稱和符號(hào)）．
②這位同學(xué)采用伏安法測(cè)定一段阻值約為5Ω左右的金屬絲的電阻．有以下器材可供選擇：（要求測(cè)量結(jié)果盡量準(zhǔn)確）
A．電池組（3V，內(nèi)阻約1Ω）          B．電流表（0-3A，內(nèi)阻約0.025Ω）
C．電流表（0-0.6A，內(nèi)阻約0.125Ω）  D．電壓表（0-3V，內(nèi)阻約3kΩ）
E．電壓表（0-15V，內(nèi)阻約15kΩ）    F．滑動(dòng)變阻器（0-20Ω，額定電流1A）
G．滑動(dòng)變阻器（0-1000Ω，額定電流0.3A）      H．開(kāi)關(guān)，導(dǎo)線
實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)選用的器材是

ACDFH

（填寫(xiě)各器材的字母代號(hào)）．
請(qǐng)?jiān)谙旅娴奶摼�框中畫(huà)出實(shí)驗(yàn)電路圖．
這位同學(xué)在一次測(cè)量時(shí)，電流表、電壓表的示數(shù)如圖所示．由圖中電流表、電壓表的讀數(shù)可計(jì)算出金屬絲的電阻為

5.2

Ω．
③用伏安法測(cè)金屬絲電阻存在系統(tǒng)誤差．為了減小系統(tǒng)誤差，有人設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)方案．其中R_x是待測(cè)電阻，R是電阻箱，R₁、R₂是已知阻值的定值電阻．合上開(kāi)關(guān)S，靈敏電流計(jì)的指針偏轉(zhuǎn)．將R調(diào)至阻值為R₀時(shí)，靈敏電阻計(jì)的示數(shù)為零．由此可計(jì)算出待測(cè)電阻R_x=

R   2 R   0

R   1

．（用R₁、R₂、R₀表示）

Answer 1

分析：①通過(guò)公式寫(xiě)出電阻率的最終表達(dá)式，即可確定需要直接測(cè)量的物理量；②電流越大電阻發(fā)熱明顯，電阻值隨之增大，導(dǎo)致電阻測(cè)量不準(zhǔn)，故本實(shí)驗(yàn)電流表應(yīng)選小量程的電流表，滑動(dòng)變阻器的最大電阻大于待測(cè)電阻阻值，可考慮變阻器采用限流式接法；③根據(jù)歐姆定律和串并聯(lián)電路的特點(diǎn)可知，若靈敏電阻計(jì)的示數(shù)為零，即說(shuō)明電流表兩端電勢(shì)相等，即變阻箱兩端電壓

R

1

兩端電壓應(yīng)相等．

解答：解：①、根據(jù)歐姆定律R=

U

I

，電阻定律R=

ρL

S

，S=

1

4

πd

2

，可得電阻率ρ=

πUD 2

4IL

，可見(jiàn)需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)直接測(cè)量的物理量有：加在金屬絲兩端的電壓U，通過(guò)金屬絲的電流I，金屬絲的長(zhǎng)度L，金屬絲的直徑D．
②、因采用伏安法測(cè)定一段阻值約為5Ω左右的金屬絲的電阻，本實(shí)驗(yàn)要求通過(guò)的電流不能太大，電流表應(yīng)選C，又電動(dòng)勢(shì)為3V，電壓表應(yīng)選D，當(dāng)然應(yīng)選電源A，因滑動(dòng)變阻器最大電阻大于待測(cè)電阻，考慮變阻器用限流式接法，由

E

R+r

≥

2

3

I

A

，可求外電路最小電阻為R≥7.5Ω，故可選變阻器F，當(dāng)然還應(yīng)選H，電路圖如圖所示


根據(jù)電表讀數(shù)原理及要求可讀出U=2.40V，I=0.46A，則R=

U

I

=5.2Ω
③、根據(jù)串并聯(lián)電路特點(diǎn)及歐姆定律，若電流表示數(shù)為零，應(yīng)滿足

I

1

（

R

1

+

R

2

）=

I

2

（

R

0

+R

x

），及

I   1 R

1

=

I   2 R

0

，兩式聯(lián)立可得

R

x

=

R2

R1

R0
故答案為①加在金屬絲兩端的電壓U，通過(guò)金屬絲的電流I，金屬絲的長(zhǎng)度L，金屬絲的直徑D
        ②ACDFH     5.2  電路圖如圖
        ③

R2

R1

R0

點(diǎn)評(píng)：用伏安法測(cè)量電阻或電阻率實(shí)驗(yàn)都不允許大電流通過(guò)，否則電阻測(cè)量不準(zhǔn)；本題最后的實(shí)驗(yàn)是用“電橋法”測(cè)電阻，近幾年已不常見(jiàn)，實(shí)際很好用，此時(shí)可記住“十字相乘電阻相等”．