大学物理综合性实验的创新尝试——金属电阻率的精确测量.pdfVIP

维普资讯 第 20卷 第 3期 大 学 物 理 实 验 Vo1．2O No．3 2O07年9月出版 PHYSIC~ EXPERIMENT OFCOLLEGE Sep． 2007 文章编号：1007—2934{2007]03—0027—05 大学物理综合性实验的创新尝试 — — 金属 电阻率的精确测量 王秀杰 方莉俐 (中原工学院，郑州 ，4500o7) 摘 要 设计出了大学物理综合性实验——测量金属的电阻率。该实验用直流双臂电 桥测细铜丝的电阻，用光学中的等厚干涉原理测量细铜丝的微小直径，根据电阻定律计 算铜的电阻率 ，是光学、电学的综合实验。测量结果与常用电工手册上铜电阻率值 的相 对误差小于1．1％。通过实验，能够加强学生对光学、电学以及基本测量知识的综合运 用能力 ，巩固理论知识，提高实验技能。 关键词 综合性实验；电阻率 ；细铜丝；等厚干涉。 中图分类号：04—33 文献标识码：A 1 引言 按实验的层次划分，物理实验可分为基础性实验、综合性实验、研究性实验、设计性实 验等，其中综合性实验是物理实验不可缺少的重要组成部分。综合性实验要求在两个方 面具有综合性：一是在知识点上要有综合性，内容涉及一门课程的两个主要章节以上的多 个知识点或两 门以上相关课程的综合知识；二是在实验手段上要有综合性，所使用的实验 仪器和实验手段应包括物理学两个或两个 以上的分支，如在一个综合性实验中既要使用 光学方面的实验仪器，又要使用 电学方面的实验仪器 ：学生需要应用这些不同的知识和不 同的实验技能方可完成。为充分体现综合性实验以上两个方面的要求，在教学实践中，我 们经过反复论证和实践，开发了精确测量金属 电阻率这一综合性实验 ，取得了良好的教学 效果。 2 实验设计思想 金属的电阻率是表征金属特性的重要参数，学会金属电阻率的测定方法无论在物理 实验或工程应用 中都有重要意义。 电阻率测定的最基本方法是：选取一段粗细均匀的金属丝，测出其长度、横截面积和 收稿 日期 ：2007—04—16 — 27 — 维普资讯 电阻，根据 电阻定律 R=p 计算出 0 电阻率 。关于横截面积的测量，传 统的方法是：用游标卡尺或螺旋测 微器测量其直径 ，然后再计算横截 面积。但是如果金属丝 的直径在 0．5mm以，传统方法测量误差很大。 关于微小尺寸 的测量 ，用光学 中的 等厚干涉原理是一种行之有效的方 法。所 以，本文选取被测金属是一 段直径约为 0．1mm的金属铜丝，用 它构成一个光学劈尖 ，测量细丝的 直径 ，计算 出横截面积。从而把物 图1赢滚双簧宅挢与四端电阻器 理光学和电学知识在同一个实验中综合运用，达到了综合实验的要求 。 3 实验原理与实验步骤 3．1 用直流双臂电桥测细铜丝的电阻 如图1所示 ，在实验 中用于测量细铜丝电阻的仪器是 QJ44型直流双臂 电桥 ，在与之 相配套 的DHSR四端电阻器上连接 了细铜丝 ，四端电阻器上还有刻度尺 ，可直接读 出被测 细铜丝 的长度。 直流双臂电桥是在惠斯通电桥的基础上加以改进而制成的，其工作原理与惠斯通电 桥较为接近 ，但它可以有效地消除连接导线和接点处附加电阻的影响，可精确测量低 电 阻，实验中所使用的直流双臂电桥的测量范围是0．0001 t1K2，准确度等级为0．2级。 实验步骤如 F： (1)将长约 60era的细铜丝接入四端电阻器，并将四端 电阻器用导线与直流双臂电桥 相连接 。 (2)设定铜丝长度从估计阻值 ，将双臂 电桥 的倍率放在相应的位置上 (实验中放在 ×