11.3 实验：导体电阻率的测量 教案

第11章 电路及其应用
11.3 实验：导体电阻率的测量
教学内容分析
《实验：导体电阻率的测量》是《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》必修课程必修3模块中“电路及其应用”主题下的内容。课程标准要求为：会测量金属丝的电阻率。《普通高中物理课程标准(2017年版)解读》对课程标准的解读为：学生能设计出测量金属电阻率的实验方案，并通过实验测量金属的电阻率，体会用图像法处理数据的科学方法。通过对不同导体的电阻率测量，了解电阻率的概念，知道常见金属导体电阻率的大小。在实验过程中，让学生了解螺旋测微器的工作原理，在测量导体直径的实验中，学会正确使用螺旋测微器，培养学生在科学实验中严谨的科学态度。
本节包括两个学生分组实验，首先要求学生掌握游标卡尺和螺旋测微器的原理、使用与读数方法，为测量金属丝直径做准备。教学中要求学生理解长度测量工具的原理，在掌握原理基础上掌握读数方法。测量金属电阻率的理论基础是电阻定律R=ρ，根据表达式分析需要测量的物理量和每个物理量的测量方法。用伏安法测电阻涉及电流表内接和外接，由于金属丝电阻与电流表内阻在同一数量级，选择电流表外接测量误差较小。原因的解释可以在学习第4节内容后进行。
学情分析
学生在第2节学习了金属导体电阻的决定式，从电阻定律推理得到电阻率的测量表达式，学生能理解测量电阻率的原理、分析需要测量的物理量。高中生喜欢究根问底，乐于探究事物的本质，例如有学生询问为何游标卡尺使用时会有游标卡尺某条刻度线和主尺刻度线对齐，要抓住学生的好奇心、引导发展学生好奇心，在学生产生问题的基础上推动教学内容的进行。学生初中已经学习了电压表和电流表的连接方法，但对电表读数规则不熟悉，可以举例帮助学生理解电流表和电压表读数方法。
教学目标
学生理解游标卡尺的原理，学会使用游标卡尺测量长度。
学生理解螺旋测微器原理，学会使用螺旋测微器测量长度。
学生理解测量电阻率的实验原理及实验方法。
学生通过分组实验，学会测量导体的电阻率，并能进行误差分析。
学生通过使用游标卡尺和螺旋测微器测量长度，以及测量电阻等过程，进一步形成自觉遵守实验操作规程和谨慎操作的习惯。
教学重难点
教学重点：游标卡尺和螺旋测微器的原理及读数方法、测量金属电阻率原理
教学难点：滑动变阻器分压式接法、连接实物电路图
教学方法：讲授法、启发式教学、分组实验
教学过程
新课引入
复习回顾：
金属导体的电阻与哪些因素有关？对于圆柱形金属材料，如何计算导体的电阻？
生：金属电阻R=ρ.
师：不同材料电阻率不同。根据电阻定律表达式，能计算导体的电阻率吗？若可以，需要测量哪些量？
生：电阻率ρ=，测量金属丝的电阻、长度和直径，根据直径计算横截面积，即可得到电阻率。
师：金属丝长度大约几十厘米，可使用毫米刻度尺。但金属丝直径在1mm左右，无法用毫米刻度尺，需要精度更小的测量工具。
新课教学
游标卡尺
教学准备活动：课前发放10分度游标卡尺，2名学生一把游标卡尺。
阅读教材“游标卡尺”内容，回答下列问题。
问题1：阅读教材62页内容，游标卡尺由哪些部分构成？各部分的功能是什么？
问题2：将游标卡尺的游标尺移动到最左侧，使测量爪并拢，观察主尺的“0”刻度线和游标尺的“0”刻度线，你有何发现？
问题3：10分度游标卡尺能够测量0.1mm举例的原理是什么？和同桌交流你的想法。
设计意图：让学生认识游标卡尺构造，通过自主学习，了解游标卡尺构造和原理。学生动手实际操作，能够激发学生的学习兴趣，提高实验操作技能。
PPT投影测量爪接触时游标卡尺图片和放置物体时图片。
师：测量爪接触时，主尺0刻度线和游标尺0刻度线对齐，测量爪间距是零。待测物体放置在两个测量爪之间，物体尺寸是l，右侧测量爪向右移动l，游标尺的“0”刻度线向右移动l。即待测物体的长度等于主尺“0”刻度线与游标尺“0”刻度线之间的距离。
（板书：待测长度等于主尺“0”刻度线与游标尺“0”刻度线之间的距离）
投影某次测量结果，通过具体示例说明游标卡尺读数方法。
师：主尺分度是1mm，游标尺分度是0.9mm，二者差别很小。测量长度时，总能找到游标尺上有一条刻度线和主尺上的刻度线对齐。观察图片，图中游标尺上第几条刻度线与主尺刻度线对齐？
生：第7条刻度线。
师：待测物体长度为主尺“0”刻度线与游标尺“0”刻度线之间的距离。游标尺“0”刻度线在主尺2.3cm和2.4cm之间，待测物体长度大于2.3cm，小于2.4cm。主尺上距离为2.3cm.请同学们数一数，从2.3cm到3cm刻度线，有多少个1mm？
生：7个1mm.
师：从游标尺0到第7条刻度线是7个0.9mm.主尺与游标尺一个分度相差0.1mm，7个间距相差0.7mm。故2.3cm刻度线与游标尺的“0”刻度线相差0.7mm。待测物体长度为2.3cm+0.1mm×7=2.37cm。
归纳游标卡尺读数方法：待测长度=主尺示数+0.1mm×对齐刻度线。
课堂练习1：教材67页“练习与应用”第1题。
课堂练习2：用10分度游标卡尺测量某物体长度，测量结果如图。物体长度是 cm.
螺旋测微器
播放螺旋测微器结构演示动画，学生观看动画了解螺旋测微器原理。
原理：螺旋测微器的精密螺纹的螺距是0.5mm，可动刻度有50个等分刻度，可动刻度旋转一周，测微螺杆可前进或后退0.5mm。因此旋转每个小分度，相当于测微螺杆前进或推后0.5/50 mm=0.01mm，即可动刻度每一小分度表示0.01mm。
读数方法：
6mm+0.5mm+22.5×0.01mm=6.725mm 。
课堂练习1 教材67页图11.3-12
答案：3mm+0.01mm×27.7=3.277mm
课堂练习2 使用螺旋测微器测量金属丝直径，测量结果如图，金属丝直径是 cm.
测量结果
答案：0.5mm+0.01mm×40.0=0.900mm
金属丝电阻率的测量
问题1：如何测量金属丝的电阻率？原理是什么？
问题2：金属丝的横截面积S可以直接测量得到吗？若不能，需要测量哪些量？如何计算横截面积S？
问题3：如何测量金属丝的电阻？画出测量电阻的电路图。如果要让流过电阻的电流从零开始变化？滑动变阻器如何接？
原理：根据电阻定律R=ρ，电阻率ρ=.导体截面积S不能直接测量，可测出金属丝直径d，截面积S=π()2.可得电阻率的计算表达式，
ρ=
物理量测量方法：
有效长度l：电阻丝长约几十厘米，用毫米刻度尺(1mm)测量.多次(一般3次)测量电阻丝接入电路长度，取平均值.
直径d：电阻丝直径在1mm数量级，使用螺旋测微器测量.选择电阻丝三个不同位置，直径分别为d1、d2、d3.取d=.
电阻R：伏安法测电阻。
测量一组电压和电流计算电阻误差较大，为减小误差，采取多次改变电阻两端电压和电流，获取多组数据。滑动变阻器采用分压式接法，开关闭合前，应将滑片P移动到位置a，使得电流为零，保护电流表。逐渐移动滑片位置，使导体两端电压逐渐增大，改变一次位置，记录下电压表和电流表示数，记录在设计的表格中。
表 1 电流和电压数据记录表格
U/V 0
I/A 0
在坐标纸建立U和I坐标轴，选择坐标轴标度，将各组数据标记在坐标纸中，用直线拟合，得到U-I图像，图像斜率表示待测电阻R。在直线上选择一个点(I1,U1)，读出对应的电压和电流，计算出电阻R=.
实物电路图连接方法：PPT投影电学元件，教师演示电路连接方法。
电表读数方法：
投影中学实验室电流表和电压表图片，学生观看图片，了解电流表量程和最小分度值。
表 2 电表量程与读数方法
电表 量程 最小分度值 读数方法
电流表 0~0.6A 0.02A 读到百分位0.01A
0~3A 0.1A 读到百分位0.01A
电压表 0~3V 0.1V 读到百分位0.01V
0~15V 0.5V 读到十分位0.1V
课堂练习：教材67页第3题。
若选择0~3V量程，电压是 V；选择0~15V量程，电压是 V。
电流表选择0~0.6A量程，电流是 A，选择0~3A量程，电流是 A.
答案：1.20、6.0；0.50、2.50
板书设计
§11.3 实验：导体电阻率的测量
游标卡尺
原理
读数方法
螺旋测微器
原理
读数方法
金属丝电阻率的测量
原理：ρ=
教学反思
学生对游标卡尺存在一些疑惑，例如为什么会有游标卡尺的刻度线和主尺上的刻度线对齐，可让学生使用10分度游标卡尺多次测量结果，通过实验说明一般都能找到游标尺上某条刻度线和主尺刻度线对齐，解决学生的困惑。游标卡尺的读数方法要通过多个具体实例让学生练习，熟练掌握读数方法。螺旋测微器原理部分学生不理解，将重点放在读数方法的掌握上。班级教室环境不利于学生分组实验连接电路，对于滑动变阻器的分压接法，可由教师使用投影进行演示，教师可实现录制实验电路连接微视频，课堂播放，让学生观看。
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