Question

国标（GB／T）规定自来水在15℃时电阻率应大于13Ω·m。某同学利用图甲电路测量15℃自来水的电阻率，其中内径均匀的圆柱形玻璃管侧壁连接一细管，细管上加有阀门K以控制管内自来水的水量，玻璃管两端接有导电活塞（活塞电阻可忽略），右活塞固定，左活塞可自由移动。实验器材还有：

电源（电动势约为3 V，内阻可忽略）；电压表V₁（量程为3 V，内阻很大）；

电压表V₂（量程为3 V，内阻很大）；定值电阻R₁（阻值4 kΩ）；

定值电阻R₂（阻值2 kΩ）；电阻箱R（最大阻值9 999 Ω）；

单刀双掷开关S；导线若干；游标卡尺；刻度尺。

实验步骤如下：

A．用游标卡尺测量玻璃管的内径d；

B．向玻璃管内注满自来水，并用刻度尺测量水柱长度L；

C．把S拨到1位置，记录电压表V₁示数；

D．把S拨到2位置，调整电阻箱阻值，使电压表V₂示数与电压表V₁示数相同，记录电阻箱的阻值R；

E．改变玻璃管内水柱长度，重复实验步骤C、D，记录每一次水柱长度L和电阻箱阻值R；

F．断开S，整理好器材。

（1）测玻璃管内径d时游标卡尺示数如图乙，则d＝_______mm；

（2）玻璃管内水柱的电阻值R_x的表达式为：R_x＝_______（用R₁、R₂、R表示）；

（3）利用记录的多组水柱长度L和对应的电阻箱阻值R的数据，绘制出如图丙所示的关系图象。则自来水的电阻率ρ＝_______Ω·m（保留两位有效数字）；

（4）本实验中若电压表V₁内阻不是很大，则自来水电阻率测量结果将_____（填“偏大”“不变”或“偏小”）。

Answer

30.00 14 偏大

【解析】

（1）[1]游标卡尺的主尺读数为：3.0cm=30mm，游标尺上第0个刻度和主尺上刻度对齐，所以最终读数为：30.00mm，所以玻璃管内径：

d=30.00mm

（2）[2]设把S拨到1位置时，电压表V1示数为U，则电路电流为：

总电压：

当把S拨到2位置，调整电阻箱阻值，使电压表V2示数与电压表V1示数相同也为U，则此时电路中的电流为

总电压

由于两次总电压等于电源电压E，可得：

解得：

（3）[3]从图丙中可知，R=2×103Ω时，，此时玻璃管内水柱的电阻：

水柱横截面积：

由电阻定律得：

（4）[4]若电压表V1内阻不是很大，则把S拨到1位置时，此时电路中实际电流大于，根据可知测量的Rx将偏大，因此自来水电阻率测量结果将偏大。