导线的电阻大小由什么决定

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一、实验所用器材

1.长15cm、宽10cm、厚1.5~2cm的胶木板(也可用塑料板、有机玻璃板等)一块。

2. 2.5V小灯泡一只。

3.直径1cm、高3cm以上的接线柱两个(见图1)。

图1
图1 🔍原图 (183×250)

4. 5号干电池两节,两节电池夹一个。

5.直径3mm、长12mm的螺钉5只,直径3mm、长10mm的平头螺钉两只(见图4),配套的螺母13个。

6.长10cm、宽1cm、厚0.5mm的薄金属片一条。

7.连接用导线(单股铜芯塑料线,线芯直径0.3~0.5mm)约60cm。

8.实验用金属导线:直径0.5mm、长1m的铜丝一根;直径0.5mm、长1m的镍铬丝(可用电炉丝)一根;直径0.1mm、长2m的漆包线一根,长5m的一根;直径1.5mm、长5m的漆包线一根。

二、实验板的制作

1.按图2剪一条金属片,并在金属片上按图示位置钻两个3mm的孔。

图2
图2 🔍原图 (566×406)

2.按图3(a)剪一条金属片,然后对折起来按图3(b)钻一个3mm的孔,再弯成图3(c)的形状。

3.按图4用做好的上述金属片把2.5V小灯泡用3×12螺钉固定好,并保证小灯泡的焊锡点与图3(c)所示金属片接触良好。用两只3×10螺钉把电池夹固定在胶木板上。再把两个接线柱和D4、D5两只3×12螺钉紧固在胶木板上。

图3
图3 🔍原图 (654×374)

4.按照图5用导线把各部件连接好。

图4
图4 🔍原图 (653×344)

三、实验方法与步骤

1.把一根直径0.5mm、长1m的铜丝接在接线柱A、B之间,可以看到小灯泡发出很亮的光。把铜丝换成同样粗细、同样长度的镍铬丝,将会发现小灯泡的亮度明显减弱。以上现象说明,镍铬丝的电阻比铜丝大。从中可以了解直径相同、长度相等但导电材料不同的导线,电阻值各不相同,也就是导体的导电能力与导体的材料有关。

2.先把一根直径0.1mm、长2m的漆包线(把漆包线两头的漆皮轻轻刮掉,再镀上一层锡)接在实验板A、B两个接线柱之间,可以观察到小灯泡较亮;再换成一根直径0.1mm、长5m的漆包线,将会发现小灯泡的亮度明显减弱。以上现象说明,同种材料、同样粗细的导线,导线越长电阻越大,即导线的电阻与长度成正比。

3.取两根长度均为5m的漆包线,其中一根直径为1.5mm,另一根直径为0.1mm,先后分别把它们接在实验板A、B两个接线柱之间。我们将会观察到,接直径1.5mm的漆包线时,小灯泡较亮;接直径0.1mm的漆包线时,小灯泡较暗。以上现象说明,同种材料、同样长度的导线,直径越大(截面积越大)电阻值越小,即导线的电阻与导线的截面积成反比。

四、补充知识——导体的电阻率与导线电阻的计算

1.导体电阻率的概念

为了比较和衡量各种不同材料的导体导电性能的好坏,我们可以取同样长度、同样截面积但材料不同的导线,分别测量它们的电阻值。电阻值越小,导电性能越好;电阻值越大,导电性能越差。在电工技术中,常取长度为1m,截面积为1mm\(^{2}\)的不同材料的导线,在同样温度(一般为20℃)下,分别测出它们的电阻值,称为电阻率,同希腊字母ρ表示。常用几种导体的电阻率如下表所示。

图5
图5 🔍原图 (882×291)

2.导线电阻的计算

通过上述实验及分析,大家已经知道:导线的电阻与导线的长度及电阻率成正比,与导线的横截面积成反比。由此可以得到计算导线电阻的简单公式,即

导线的电阻=电阻率×\(\frac{导线长度}{横截面积}\)

〔例题〕已知铜线的长度为100m,横截面积为1mm\(^{2}\),求这根铜线在常温(20℃)下所具有的电阻。

解:查上表,铜的电阻率为0.0172Ω·mm\(^{2}\)/m,代入上列公式得:

电阻=0.0172×\(\frac{100}{1}\)=1.72Ω

(沈长生)