山东省德州市第一中学（253017） 卞晓娟
高中物理中电学是很重要的部分，研究导体与其影响因素之间的关系在电学部分很重要，通过实验探究的方法来突破这个重点是很有必要的。笔者在原有实验器材的基础上加以改进，自制了导体电阻实验器（如图1所示），应用在实验教学中取得了较好的效果。
1 用途
本仪器用于探究导体的电阻与它的长度、横截面积及材料之间的关系。
2 结构
（1）一根粗细均匀的金属丝（铁丝，直径为0.5mm）以“Z”字形连接在接线柱上，接线柱1、2，2、3，3、4，4、5，5，6，6、7间金属丝的有效长度均为50cm。接线柱3、4、5、6、7上各有一个可转动的铜片。
（2）接线柱12间是一根粗细均匀长约80cm的金属丝（镍铬丝，直径为0.5mm），触片3与金属丝紧密接触且可以沿金属丝自由移动，刻度尺可测金属丝的长度。
（3）将材料相同、粗细不同的6根金属丝（康铜丝）以“Z”字形连接。接线柱1、2，2、3，3、4，4、5，5、6，6、7间金属丝的有效长度均为50cm。
3 操作
3.1 探究导体电阻与长度的定量关系
如图1所示铁丝实验中，接线柱1、2间导体长度为L，测出该段导体的电阻。接线柱1、3间导体长度为2L，测出该段导体的电阻。依此类推，接线柱1、7间导体长度为6L，测出该段导体的电阻，从而研究当导体长度成倍数增加时其电阻与长度的定量关系。
图1镍铬丝实验中，以1、3段导体为实验对象，将触片3移到导线某一位置，测出1、3段导体的长度和电阻；将触片3移到导线另一位置，测出1、3段导体的长度和电阻。通过移动触片3可得到多组L、R的值，从而研究当导体长度任意变化时其电阻与长度的定量关系。
3.2 探究导体电阻与横截面积的定量关系
图1铁丝实验中，接线柱1、2间导体横截面积为S，测出该电阻。用铜片连接1、3接线柱，1、2间导体横截面积为2S，测出该电阻；再用铜片连接2、4接线柱，1、2间导体横截面积为3S，测出该电阻。依此类推，用铜片连接1、3、5、7接线柱，连接2、4、6接线柱，1、2间导体横截面积变为6S，测出该电阻，从而研究导体电阻与横截面积的定量关系。
图1康铜丝实验中，分别测出6段金属丝的直径，并计算出金属丝的横截面积（如图2所示，将金属丝紧密绕制，用刻度尺测出宽度，除以圈数，便是金属丝的直径，再计算出金属丝的横截面积。或使用游标卡尺或螺旋测微器测量金属丝的直径），分别测出接线柱1、2，2、3，3、4，4、5，5、6，6、7间导体电阻，从而研究出导体电阻与横截面积的定量关系。
3.3 探究导体电阻与材料的关系
通过上面两个探究实验，得出导体电阻与导体长度成正比、与导体横截面积成反比的结论，即：R
选取长度相同、横截面积相同、材料不同的3个导体，比较它们的电阻，得出导体电阻与材料有关的结论。
将以上操作中记录的数据（R、L、S）带入上式，计算出比例系数并进行比较，k值与导体长度无关，与导体横截面积无关，仅与导体的材料有关。在长度、横截面积一定的条件下，k越大，导体的电阻越大。k是表征材料性质的一个重要的物理量，叫做这种材料的电阻率，用符号ρ表示。
4 保养
本仪器通电时间不宜过长（最好不超过1min），以免金属丝过热而影响实验结果。
本仪器不能剧烈振动，且金属丝不能受压，以免金属丝因变形影响实验结果。
5 优点
5.1 规律性强
（1）由于导体的长度成倍数关系，所以导体电阻和导体长度的关系能很直观地得出，规律性较明显。
（2）由于导体的横截面积成倍数关系，所以导体电阻和导体横截面积的关系能很直观地得出，规律性较明显。
5.2 普遍性强
（1）由于导体的长度可任意改变，所以导体电阻和导体长度的关系更具有普遍性。
（2）由于可以选取任意粗细的康铜丝（或其他金属丝），所以导体电阻和导体横截面积的关系更具有普遍性。
5.3 准确性强
由于实验中可测出多组数据，因此可用图像法处理数据，增强了实验结论的准确性。
5.4 可操作性强
（1）实验中每段导体长度都有50cm，若横向串联这6段导体，有3m长，对实验器材要求较大，本实验设计成“Z”字形串联，避免了这个问题。
（2）在改变导体的长度和横截面积时操作较简单。
（3）实验电路可采用较简单的伏安法（如图3所示），在探究导体电阻与导体长度、横截面积、材料的关系时，只需将对应的接线柱接入电路即可。
（4）以上实验器材，既能消除传统实验设计的单一性，又能增强实验数据采集过程的多样性，从而可以进一步培养学生实验探究的能力。
收稿日期：2015-01-09
