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用电阻定律定量演示导体的电阻与材料、长度和横截面积关系

  【器材】
  示教直流安培计(0~1安),示教直流伏特计(0~10伏),滑动变阻器(J2354-1),4.5伏或4伏直流电源(干电池4节或蓄电池2个,或用直流稳压电源),自制电阻定律演示器,导线若干。
【操作】
  (1)演示导体的电阻与材料有关。把安培计、开关、电源和滑动变阻器R串联成图4-5所示的电路。分别把图4-4中的导线ab和a′b′连接到图4-5中的B、C间,并将伏特计并接在ab和a′b′上,调节滑动变阻器,使B、C间电压保持3伏,分别由安培计读出电路中的电流值。由测出的电流得出:长度和横截面积相同的康铜线和镍铬线,康铜线的电阻较小,镍铬线的电阻较大。说明导体的电阻与材料有关。
  (2)演示导体的电阻与长度有关。分别把a″b″、a″c″、a″d″接至BC间,调节滑动变阻器R,使BC间电压保持3伏,测出电路中的电流分别为:
  Iab=0.3安,Iac=0.15安=(1/2)Iab
  Iad=0.10安=(1/3)Iab。因为Lab=0.9米(设其电阻为R1),
  Lac=1.8米=2Lab(设其电阻为R2),
  Lad=2.7米=3Lab(设其电阻为R3),又因为Iac(1/2)Iab而实验时电压不变,所以R2=2R1。同理,Iad=(1/3)ab,R3=2R1。从而说明导线材料相同、横截面积相同,长度越长电阻越大,且电阻与长度成正比。
  (3)演示导体的电阻与横截面积的关系。将a″与c″用短铜导线相连接,这时,导线a″b″(c″b″)的长度与a′b′相同,但横截面积是a′b′的2倍。再用短铜导线将c″与a″相连,d″与b″相连,则a″b″间的导线的总横截面积为a′b′的3倍。与前法相似,将3伏电压加到a″b″两端,测出其横截面积不同时的电流分别为:Iab=I1=0.3安,I2=0.6安=2I1,I3=0.9安=3I1。电阻为Rab=R1、R2=(1/2)R1、R3=(1/3)R1,这说明在导体的材料和长度相同时,横截面积大,电阻反而小。而且横截面积增大几倍,则电阻减小为原来的几分之一,即电阻与横截面积成反比。


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