3.6 科学测量：金属丝的电阻率 课时教案（表格式）2025--2026年鲁科版高中物理必修第三册

3.6《科学测量：金属丝的电阻率》课时教案
学科 物理 年级册别 高二上册 共1课时
教材 鲁科版高中物理必修第三册 授课类型 实验探究课 第1课时
教材分析
教材分析
本节内容位于鲁科版高中物理必修第三册第三章“恒定电流”的第六节，是电学实验的重要组成部分。教材通过引导学生测量金属丝的电阻率，将欧姆定律、电阻定律与实验操作紧密结合，体现了“从理论到实践”的科学探究路径。本节不仅巩固了学生对电阻与材料、长度、横截面积关系的理解，还培养了学生使用螺旋测微器、游标卡尺、电流表、电压表等仪器的技能，为后续学习电学实验打下坚实基础。
学情分析
高二学生已掌握欧姆定律和电阻定律的基本公式，具备一定的电路连接能力，但对精密测量仪器（如螺旋测微器）的操作仍不熟练，容易因读数错误导致实验误差。此外，学生在实验设计、数据处理和误差分析方面经验不足，常忽视系统误差与偶然误差的区别。针对这些问题，教学中应强化仪器使用示范，设计分层任务引导学生自主探究，并通过小组合作提升数据处理能力，帮助学生建立科学的实验思维。
课时教学目标
物理观念
1. 理解电阻率是反映材料导电性能的物理量，掌握其定义式 ρ = R·S/L，并能结合实验数据进行计算。
2. 认识金属丝电阻与其长度、横截面积的关系，理解电阻定律在实验中的应用。
科学思维
1. 能根据实验目的设计合理的电路图，选择合适的测量工具和方法，体现逻辑推理与模型建构能力。
2. 能对实验数据进行分析，识别误差来源，提出改进措施，发展批判性思维与问题解决能力。
科学探究
1. 经历“提出问题—设计方案—实验操作—数据分析—得出结论”的完整探究过程，提升实验设计与操作能力。
2. 学会使用伏安法测电阻，正确连接电路，规范使用螺旋测微器测量直径，掌握多次测量取平均值减小误差的方法。
科学态度与责任
1. 在实验中养成严谨求实的科学态度，尊重实验数据，不随意篡改结果。
2. 增强团队协作意识，在小组合作中分工明确、相互配合，共同完成实验任务。
教学重点、难点
重点
1. 掌握伏安法测电阻的基本原理与电路连接方法。
2. 正确使用螺旋测微器测量金属丝直径，理解其读数规则。
难点
1. 准确测量金属丝的微小直径并计算横截面积，避免读数误差。
2. 分析实验中的系统误差（如电表内阻影响）与偶然误差（如接触不良），提出有效减小误差的策略。
教学方法与准备
教学方法
情境探究法、合作探究法、讲授法、实验法
教具准备
金属丝样品、直流电源、电流表、电压表、滑动变阻器、开关、导线、螺旋测微器、游标卡尺、米尺、实验记录表
教学环节 教师活动 学生活动
情境导入
【5分钟】 一、创设真实情境，激发探究兴趣 （一）、展示生活实例，引出核心问题
教师手持一段铜导线和一段铁丝，提问：“同学们，我们在家庭电路中常用铜线作为导线，而不用铁丝，这是为什么？”引导学生思考不同材料的导电性能差异。接着播放一段视频：电工在更换老旧电线时，发现某些线路发热严重，甚至引发火灾。教师追问：“为什么有些线路更容易发热？这与导体的什么性质有关？”
通过层层设问，引导学生意识到导体的“电阻率”是决定其导电能力的关键因素。教师顺势提出本节课的任务：“今天，我们就化身‘材料检测员’，来科学测量一段未知金属丝的电阻率，判断它是否适合用于家庭电路。”
（二）、回顾理论基础，建立知识桥梁
教师在黑板上写出电阻定律公式：R = ρ·L/S，提问：“这个公式中，R、L、S分别代表什么？ρ又是什么物理量？”引导学生回忆：R是电阻，L是长度，S是横截面积，ρ是电阻率，表示材料本身的导电特性。
进一步提问：“如果我们想测量ρ，需要知道哪些物理量？如何测量？”学生回答后，教师总结：“我们需要测量金属丝的电阻R、长度L和横截面积S。其中S = πd /4，因此关键在于精确测量直径d。”
过渡语：“测量长度我们可以用尺子，测量电阻可以用伏安法，但直径只有零点几毫米，普通尺子显然不行——这就需要一种精密仪器：螺旋测微器。” 1. 观察实物，思考不同材料导电性的差异。
2. 观看视频，联系生活实际理解电阻率的重要性。
3. 回忆电阻定律，明确测量电阻率所需的物理量。
4. 明确实验任务，进入“材料检测员”角色。
评价任务 理解电阻率概念：☆☆☆
明确实验目标：☆☆☆
建立探究动机：☆☆☆
设计意图 通过生活实例和安全隐患视频，创设真实问题情境，激发学生探究兴趣；以“材料检测员”角色代入，增强学习代入感；通过复习电阻定律，自然引出实验所需测量的物理量，为后续实验设计做好知识铺垫。
新知讲授与示范
【10分钟】 一、认识并规范使用螺旋测微器 （一）、结构讲解与读数原理演示
教师出示螺旋测微器实物，并通过投影放大展示其结构：固定套筒、可动刻度盘、测砧、测微螺杆、棘轮旋钮等。讲解其工作原理：利用螺纹的旋转运动转化为直线位移，精度可达0.01mm。
重点讲解读数方法：先读固定套筒上的毫米整数部分（注意半毫米刻线是否露出），再读可动刻度盘上与基准线对齐的刻度（估读到0.001mm）。例如，若固定套筒读数为2.5mm，可动刻度为20.3格，则总读数为2.5 + 0.203 = 2.703mm。
（二）、现场操作示范与常见错误警示
教师现场演示测量金属丝的过程：将金属丝轻轻夹在测砧与测微螺杆之间，旋转棘轮旋钮直至发出“咔咔”声，表示压力适中，避免压损样品或读数偏大。
强调三点注意事项：① 使用前需进行零点校正；② 读数时视线要垂直于刻度盘；③ 多次测量不同位置取平均值以减小局部不均匀带来的误差。
随后播放一段常见错误操作视频（如用力过猛、未用棘轮、读数视角倾斜），引导学生指出错误并说明后果。
二、伏安法测电阻电路设计指导 （一）、电路选择与误差分析
教师提问：“我们如何测量金属丝的电阻R？”引导学生回忆伏安法。出示两种电路图：电流表内接法与外接法。
设问：“由于金属丝电阻较小（通常几欧姆），而电压表内阻很大，电流表内阻较小，应选用哪种接法？”引导学生分析：若采用内接法，电流表分压会导致电压测量值偏大，从而R测 > R真；而外接法中电压表分流影响较小，更适合小电阻测量。
最终确定采用电流表外接法，并在黑板上绘制标准电路图：电源、开关、滑动变阻器（限流式接法）、金属丝、电流表串联，电压表并联在金属丝两端。 1. 观察螺旋测微器结构，理解其工作原理。
2. 学习读数方法，尝试模拟读数练习。
3. 观看教师示范，掌握正确操作流程。
4. 分析电路图，理解内外接法的选择依据。
评价任务 掌握读数方法：☆☆☆
规范操作流程：☆☆☆
理解电路选择：☆☆☆
设计意图 通过实物展示与动态演示，帮助学生直观理解螺旋测微器的精密结构与读数规则；结合错误案例强化规范意识；通过对比分析伏安法两种接法的误差来源，培养学生科学选择实验方案的能力，体现“知其然更知其所以然”的教学理念。
实验探究
【20分钟】 一、分组实验：测量金属丝电阻率 （一）、明确任务分工，发放实验器材
教师将全班分为8个小组，每组4人，指定组长、记录员、操作员、数据核查员。发放实验任务单，内容包括：测量金属丝长度L（用米尺测三次取平均）、直径d（用螺旋测微器在不同位置测6次取平均）、电压U与电流I（调节滑动变阻器改变电压，记录5组数据）。
强调实验纪律：轻拿轻放仪器，接线前断开电源，检查电路无误后再通电，实验结束后整理器材。
（二）、巡视指导，及时纠偏
教师在学生实验过程中巡回指导，重点关注以下环节：
1. 螺旋测微器使用是否规范，是否存在未用棘轮直接旋转套筒的情况；
2. 电路连接是否正确，特别是电流表外接法是否落实，正负极是否接反；
3. 数据记录是否及时、完整，单位是否标注；
4. 是否出现接触不良导致电表示数跳动的现象。
对于典型问题，教师暂停全体实验，进行集中提醒。例如：“刚才发现有小组电压表并联在了金属丝与电流表整体两端，这样测的是总电压，包含了电流表分压，请立即改正。”
（三）、数据处理与初步分析
待各组完成数据采集后，教师引导学生进行数据处理：
1. 计算平均直径 d = (d +d +…+d )/6，进而计算横截面积 S = π(d /2) ；
2. 利用每组U、I数据计算电阻 R = U /I ，再求平均值 R ；
3. 代入公式 ρ = R ·S/L，计算电阻率。
教师提供标准参考值（如铜：1.68×10 Ω·m），让学生对比自己的测量结果。 1. 小组分工合作，有序开展实验操作。
2. 规范使用仪器，准确测量各项数据。
3. 正确连接电路，安全完成电学测量。
4. 整理数据，计算电阻率并与标准值比较。
评价任务 操作规范：☆☆☆
数据真实：☆☆☆
计算准确：☆☆☆
设计意图 通过小组合作实现全员参与，培养团队协作能力；设置多层次测量任务（长度、直径、电压电流），强化学生对实验细节的关注；教师全程巡视，及时发现并纠正操作误区，确保实验科学性；引导学生经历完整的数据处理流程，提升量化分析能力。
交流评价
【6分钟】 一、成果展示与误差分析 （一）、小组汇报实验结果
邀请三组代表上台展示实验数据与计算结果，说明测量过程中的注意事项及遇到的问题。例如：“我们组测得直径平均为0.52mm，长度为50.00cm，测得电阻约为1.2Ω，计算得ρ≈1.97×10 Ω·m，略高于铜的标准值。”
其他小组可补充或质疑：“你们有没有检查螺旋测微器的零点？如果初始读数为+0.01mm，未校正会导致直径偏大，S偏大，ρ偏大。”
（二）、系统总结误差来源
教师归纳常见误差类型：
1. 偶然误差：读数估读不准、接触电阻波动、环境温度变化；
2. 系统误差：螺旋测微器未校零、电压表内阻非无穷大导致分流、金属丝非完全均匀等。
提出改进建议：采用四线制测量法消除接触电阻影响、使用数字万用表提高精度、控制实验温度等。
引用物理学家开尔文勋爵名言：“当你能测量你所说的事物并用数字表达它时，你才真正了解了它。”强调精确测量在科学研究中的核心地位。 1. 倾听他人汇报，学习他人经验。
2. 参与讨论，提出质疑或补充意见。
3. 理解误差来源，反思自身实验过程。
4. 领悟科学测量的严谨性与重要性。
评价任务 表达清晰：☆☆☆
分析深入：☆☆☆
反思有效：☆☆☆
设计意图 通过成果展示促进生生互动，提升表达与批判性思维能力；引导学生从现象到本质分析误差，深化对实验原理的理解；引用科学名言升华主题，增强学生的科学精神与责任感。
课堂总结
【4分钟】 一、结构化回顾与升华 （一）、知识脉络梳理
今天我们经历了一场完整的科学测量之旅：从生活问题出发，明确了测量电阻率的目标；通过复习电阻定律，确定了需要测量的三个物理量；学会了使用螺旋测微器这一精密工具测量微小直径；设计并搭建了伏安法电路来测量电阻；最后通过数据处理得出了结果，并分析了误差来源。
这不仅是物理知识的应用，更是一次科学探究的实践。我们像真正的科研人员一样，提出了问题，设计方案，动手操作，分析数据，得出结论。
（二）、情感态度升华
爱因斯坦曾说：“想象力比知识更重要。”但我们也必须知道，没有精确的测量，再伟大的想象也无法落地。每一次毫米级的读数，每一度电压的调节，都是我们向真理靠近的脚步。希望同学们在未来的学习中，继续保持这份严谨与好奇，用科学的眼睛观察世界，用实验的手去验证猜想。也许有一天，你们中会有人发现一种新型导体，改变人类的用电方式——而这一切，始于今天这一根小小的金属丝。 1. 回顾实验流程，构建知识体系。
2. 感受科学探究的魅力。
3. 接受科学精神的熏陶。
4. 树立未来探索的志向。
评价任务 知识掌握：☆☆☆
情感共鸣：☆☆☆
价值认同：☆☆☆
设计意图 采用“结构化总结+激励性升华”相结合的方式，既帮助学生系统梳理知识脉络，又通过名人名言与未来展望激发学生对科学的热爱，实现知识、能力与情感的三维统一。
作业设计
一、实验报告完善
请根据课堂实验数据，撰写完整的实验报告，包含以下内容：
1. 实验目的：测量金属丝的电阻率。
2. 实验原理：写出电阻定律公式 R = ρL/S，并推导出 ρ = R·S/L。
3. 实验器材：列出所用仪器名称。
4. 实验步骤：简要描述测量L、d、U、I的过程。
5. 数据记录与处理：制作表格记录原始数据，计算d 、S、R ，最终求出ρ。
6. 误差分析：分析可能的误差来源，并提出改进建议。
二、拓展思考题
1. 若改用内接法测量该金属丝电阻，测量值会偏大还是偏小？请结合电路图说明原因。
2. 已知铜在20℃时的电阻率为1.68×10 Ω·m，若将金属丝加热，其电阻率将如何变化？为什么？
3. 查阅资料，了解超导体的电阻率特点，并举例说明其在现实生活中的应用（如磁悬浮列车）。
【答案解析】
一、实验报告完善
参考要点：
- 原理部分需写出公式推导过程。
- 数据处理中注意单位统一（如mm换算为m）。
- 误差分析应区分系统误差与偶然误差。
二、拓展思考题
1. 内接法会导致测量值偏大，因为电流表分压，使得电压表读数大于金属丝两端真实电压。
2. 加热后电阻率增大，因温度升高导致金属内部自由电子热运动加剧，碰撞频率增加，阻碍导电。
3. 超导体电阻率为零，可用于制造强磁场、无损耗输电、高速磁悬浮等。
板书设计
科学测量：金属丝的电阻率
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一、实验原理
R = ρL/S → ρ = R·S/L
S = πd /4
二、测量物理量
1. 长度 L —— 米尺（多次测量取平均）
2. 直径 d —— 螺旋测微器（6次测量取平均）
3. 电阻 R —— 伏安法（外接法）
三、电路图（简图）
[电源]—[开关]—[滑动变阻器]—[电流表]—[金属丝]—[电源]
　　　　　　　　↑　　　　　↓
　　　　　　[电压表]
四、误差分析
● 偶然误差：读数、接触、温度
● 系统误差：未校零、电表内阻、材料不均
教学反思
成功之处
1. 通过生活情境导入，有效激发了学生的学习兴趣和探究欲望，角色代入感强。
2. 对螺旋测微器的操作进行了细致示范与错误警示，多数学生能规范完成测量任务。
3. 小组合作分工明确，实验过程井然有序，体现了良好的课堂组织能力。
不足之处
1. 个别小组在电路连接时仍出现电压表接错位置的问题，说明部分学生对“外接法”理解不够深入。
2. 时间分配略显紧张，部分小组未能充分进行误差分析讨论。
3. 对于数据处理中单位换算的强调不够，少数学生计算结果数量级错误。
改进方向：可在实验前增加电路连接的模拟练习环节；预留更多时间用于深度交流；强化单位换算的专项训练。