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

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：

　　I_a″b″＝0．3安，I_a″c″＝0．15安＝（1/2）I_a″b″，

　　I_a″d″＝0．10安＝（1/3）I_a″b″。因为L_a″b″＝0．9米（设其电阻为R₁），

　　L_a″c″＝1．8米＝2L_a″b″（设其电阻为R₂），

　　L_a″d″＝2．7米＝3L_a″b″（设其电阻为R₃），又因为I_a″c″（1/2）I_a″b″而实验时电压不变，所以R₂＝2R₁。同理，I_a″d″＝（1／3）_a″b″，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：I_a′b′＝I₁＝0．3安，I₂＝0．6安＝2I₁，I₃＝0．9安＝3I₁。电阻为R_a′b′＝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。