3.3 《测金属丝的电阻率》课时教案-2025--2026年粤教版高中物理必修第三册（表格式）

3.3 《测金属丝的电阻率》课时教案
学科 物理 年级册别 高二上册 共1课时
教材 粤教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
本节内容位于粤教版高中物理必修第三册第三章“电路及其应用”的第三节，是电学实验中的基础性测量实验之一。教材通过引导学生测量金属丝的电阻率，帮助学生理解电阻定律的物理内涵，掌握伏安法测电阻的基本原理与操作技能。本实验融合了电路连接、仪器读数、数据处理和误差分析等多个核心知识点，是理论联系实际的重要载体。同时，该实验为后续学习电表改装、非线性元件特性等打下坚实基础，在整个电学实验体系中具有承上启下的作用。
学情分析
高二学生已具备欧姆定律、电阻定律、串并联电路等基础知识，掌握了基本电学仪器如电流表、电压表、滑动变阻器的使用方法，具备初步的实验操作能力。但部分学生对实验设计的逻辑性理解不深，容易机械套用电路图而忽视原理本质；在数据记录与处理方面存在随意性，缺乏科学规范意识。此外，学生动手能力差异较大，个别学生面对复杂接线易产生畏难情绪。因此，教学中需强化原理剖析，采用情境驱动与合作探究相结合的方式，提升学生的实验设计能力和科学探究素养。
课时教学目标
物理观念
1. 理解电阻定律的表达式 R = ρL/S，明确电阻率ρ是反映材料导电性能的物理量，与材料种类有关，与几何尺寸无关。
2. 掌握用伏安法测量金属丝电阻的基本原理，并能结合螺旋测微器和游标卡尺测量金属丝的长度和直径，进而计算其电阻率。
科学思维
1. 能根据实验目的设计合理的电路图，判断电流表内接法与外接法的选择依据，提升模型建构与逻辑推理能力。
2. 能通过多次测量获取多组U-I数据，绘制图像求斜率以减小偶然误差，发展数据处理与图像分析能力。
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，掌握控制变量法的应用。
2. 在小组合作中完成仪器调试、电路连接、数据采集等任务，提升实验操作技能与团队协作能力。
科学态度与责任
1. 养成实事求是的科学态度，在实验中规范操作、准确记录，尊重原始数据。
2. 认识到精确测量在工程技术中的重要价值，增强严谨治学的责任意识。
教学重点、难点
重点
1. 掌握伏安法测电阻的原理及电路连接方法。
2. 正确使用螺旋测微器和游标卡尺测量金属丝的直径与长度。
难点
1. 判断电流表内接法与外接法的适用条件，理解系统误差来源。
2. 运用图像法处理U-I数据，准确计算电阻值并评估实验误差。
教学方法与准备
教学方法
情境探究法、合作探究法、讲授法
教具准备
直流电源、待测金属丝（镍铬合金）、电流表、电压表、滑动变阻器、开关、导线若干、螺旋测微器、游标卡尺、米尺、多媒体课件
教学环节 教师活动 学生活动
创设情境，导入新课
【5分钟】 一、真实问题引入：为何高铁轨道不用铜制？ （一）、播放视频片段并设疑：
教师播放一段高铁运行的高清视频，画面聚焦于铁轨与供电接触网。随后展示两段材质不同的导线：一段为粗铜线，另一段为细镍铬丝。提问：“同学们观察这两根导线，如果要将它们用于长距离输电或作为精密仪器中的电阻元件，我们应如何选择？仅仅看粗细长短就够了吗？”
紧接着，教师讲述一个真实案例：“某地曾尝试用铜轨替代钢轨以减少摩擦损耗，结果发现成本极高且强度不足。其实，除了机械性能，导电性能也是一个关键指标。那么，怎样科学地衡量一种材料的导电能力呢？今天我们就要通过实验来揭开这个秘密。”
（二）、回顾旧知，引出核心概念：
教师板书公式 R = ρL/S，并引导学生回忆电阻定律的内容。强调：“R由三个因素决定——材料本身（ρ）、长度（L）和横截面积（S）。其中，ρ就是我们要研究的‘电阻率’，它是材料本身的属性，就像密度一样具有唯一性。”
过渡语：“如果我们想知道一根未知金属丝是什么材料做的，最直接的办法就是测它的电阻率，然后对照标准值表进行比对。这正是工程师们常用的方法。今天我们就化身小小材料科学家，亲手测定一段金属丝的电阻率！” 1. 观看视频，思考材料选择的依据。
2. 回忆电阻定律，理解电阻率的意义。
3. 明确实验目的：测量金属丝的电阻率。
4. 激发探究兴趣，进入学习状态。
评价任务 观察能力：☆☆☆
概念理解：☆☆☆
问题意识：☆☆☆
设计意图 通过高铁工程实例创设真实问题情境，激发学生认知冲突，使抽象的“电阻率”概念具象化。借助生活化类比（如密度），帮助学生建立物理模型。从社会需求出发，凸显实验的现实意义，培养学生“物理源于生活、服务于工程”的科学价值观。
原理剖析，方案设计
【10分钟】 一、构建测量逻辑链：从ρ到R再到U、I （一）、逆向推导测量思路：
教师在黑板上写出目标公式：ρ = RS/L。提问：“要想算出ρ，我们需要知道哪些物理量？”学生回答后，教师标注：S需通过直径d计算（S=πd /4），L可用刻度尺测量，而R则需要通过实验测得。
进一步追问：“如何测R？你能想到什么方法？”引导学生说出欧姆定律R=U/I，从而引出伏安法测电阻的核心原理。教师肯定回答，并补充：“这就是所谓的‘间接测量法’——我们无法直接读出ρ，但可以通过测量其他可测物理量来推导它。”
（二）、讨论电路设计：内接还是外接？
教师投影两种基本电路图：电流表内接法与外接法。提出问题：“在这两个电路中，电压表测量的是谁的电压？电流表测的是谁的电流？是否存在误差？”
组织小组讨论3分钟，要求每组写出两种接法的误差来源。教师巡视指导，提示学生比较待测金属丝电阻Rx与电表内阻的关系。随后请代表发言，教师总结：
当Rx >> RA时，采用内接法；当Rx << RV时，采用外接法。给出估算示例：若金属丝长约50cm，直径约0.5mm，查表知镍铬合金ρ≈1.1×10 Ω·m，则R≈0.28Ω，远小于电压表内阻（通常几千欧以上），故应选用外接法。
二、确定测量工具与步骤 （一）、讲解长度与直径测量方法：
教师拿出螺旋测微器和游标卡尺实物，边演示边讲解使用方法。重点强调：
1. 螺旋测微器读数规则：固定刻度 + 可动刻度 × 0.01mm，注意半毫米刻度是否露出；
2. 游标卡尺精度识别：10分度为0.1mm，20分度为0.05mm，50分度为0.02mm；
3. 多次测量取平均值的重要性，避免局部缺陷影响结果。
教师强调：“测量直径时要在不同位置至少测三次，因为金属丝可能存在微小不均匀。” 1. 参与讨论，理清ρ的测量路径。
2. 分析内外接法误差，选择合适电路。
3. 学习测量工具的正确使用方法。
4. 明确实验步骤与注意事项。
评价任务 逻辑推理：☆☆☆
方案选择：☆☆☆
工具认知：☆☆☆
设计意图 通过逆向思维训练，帮助学生构建完整的测量逻辑链条，强化“间接测量”的科学思想。设置认知冲突（内接vs外接），促使学生主动思考误差来源，提升批判性思维能力。结合实物演示，突破测量工具使用的教学难点，为后续精准操作奠定基础。
实验操作，数据采集
【15分钟】 一、分组实验：动手实践，采集数据 （一）、布置任务与分工：
教师宣布实验开始，将全班分为8个小组，每组4人，明确角色分工：一人负责电路连接，一人操作电表读数，一人记录数据，一人监督安全与规范。发放实验报告单，包含表格：L（m）、d /d /d （mm）、平均d（mm）、S（m ）、U（V）、I（A）、R（Ω）、ρ（Ω·m）。
教师强调安全纪律：“电源电压不得超过3V，接线前务必断开开关，确认无误后再通电。滑动变阻器初始置于最大阻值处。”
（二）、指导电路连接：
教师巡视各组，重点检查：
1. 是否采用电流表外接法；
2. 滑动变阻器是否接成分压式（确保电压可调范围宽）；
3. 导线连接是否牢固，有无裸露铜丝交叉短路风险。
对于出现错误的小组，教师不直接纠正，而是反问：“你这样接，电压表测的是谁的电压？电流有没有分流？”引导学生自我发现。
（三）、指导测量与读数：
教师示范螺旋测微器测量过程：轻轻旋转棘轮直至发出“咔咔”声，停止用力。提醒学生：“不要猛拧，否则会损坏仪器或导致测量偏大。”
要求每组改变滑动变阻器位置，记录6组不同的U、I值。提醒读数时视线垂直表盘，估读到最小分度的下一位。例如，若电流表量程0.6A，分度值0.02A，则应读到0.001A位。
教师随机抽查一组数据，现场点评：“你们这组U=0.80V，I=0.34A，计算R≈2.35Ω，与其他组相比明显偏大，可能是什么原因？”引导学生排查接触不良或接线错误等问题。 1. 小组合作完成电路搭建。
2. 使用工具测量金属丝尺寸。
3. 调节滑动变阻器，记录多组U、I数据。
4. 规范填写实验报告单。
评价任务 操作规范：☆☆☆
数据真实：☆☆☆
团队协作：☆☆☆
设计意图 通过角色分工促进全员参与，培养团队合作精神。教师采用“引导式纠错”而非直接干预，保护学生探究主动性。强调安全细节与读数规范，养成良好实验习惯。设置异常数据反馈环节，培养学生的问题诊断能力，体现“做中学”的教育理念。
数据分析，得出结论
【10分钟】 一、处理数据：从原始记录到科学结论 （一）、计算电阻率：
教师引导学生先计算平均直径 d = (d +d +d )/3，再代入 S = π(d/2) 计算横截面积。注意单位换算：d由mm转为m，即乘以10 。
接着，教师提问：“我们有6组U、I数据，该如何求R？”鼓励多种方法：
方法一：逐组计算R=U/I，再取平均；
方法二：绘制U-I图像，求斜率即为R。
教师重点推荐图像法：“图像法可以剔除明显偏离的坏点，还能直观反映线性关系是否成立，更能体现物理规律的本质。”
（二）、绘制U-I图像：
教师在PPT上展示坐标纸模板，指导学生建立U为纵轴、I为横轴的直角坐标系，标度合理，描点作图。强调：“所有点大致分布在一条过原点的直线上，说明金属丝在实验条件下遵循欧姆定律。”
邀请一名学生上台用电子白板绘制其小组的数据点，并拟合直线。教师点评：“这条直线的斜率k=ΔU/ΔI，就是该金属丝的电阻R。”
最后，代入公式 ρ = RS/L，计算出电阻率数值。教师提醒：“注意科学记数法表达，保留两位有效数字。”
二、误差分析与交流 （一）、组织全班数据对比：
教师汇总各组测得的ρ值，投影显示。提问：“为什么各组结果略有差异？哪些因素可能导致误差？”
引导学生从以下角度分析：
1. 系统误差：电压表分流导致电流偏大，R偏小，ρ偏小；
2. 偶然误差：长度测量不准、直径测量位置偏差、读数估读误差；
3. 环境因素：金属丝发热导致电阻增大。
教师总结：“任何实验都有误差，关键是识别它、分析它、尽量减小它。真正的科学家不是追求‘完美数据’，而是诚实面对‘真实数据’。” 1. 计算金属丝的横截面积。
2. 用图像法求电阻R。
3. 计算电阻率ρ。
4. 参与误差分析讨论。
评价任务 数据处理：☆☆☆
图像能力：☆☆☆
反思深度：☆☆☆
设计意图 通过对比不同数据处理方法，突出图像法的优势，培养学生科学的数据分析能力。利用全班数据开展集体研讨，营造开放的学术氛围。引导学生区分系统误差与偶然误差，深化对实验本质的理解。引用科学家对待误差的态度，传递求真务实的科学精神。
课堂总结，升华主题
【5分钟】 一、结构化总结与哲理升华 （一）、回顾知识主线：
教师带领学生梳理本节课的知识脉络：“我们从一个工程问题出发，明确了测量电阻率的目标；通过电阻定律，拆解出需要测量的物理量；选择了伏安法测R，合理设计了电路；精准测量了几何尺寸；采集并处理了实验数据；最终得出了材料的电阻率，并进行了误差分析。”
强调：“这不仅仅是一次实验，更是一个完整的科学探究旅程。”
（二）、升华情感态度：
教师深情总结：“同学们，你们今天测出的每一个数据，都像一颗微小的火种。也许它的误差有±5%，但它承载的是你们亲手触摸物理规律的真实体验。居里夫人曾在实验室中连续工作数十小时提炼镭，她说：‘生活中最重要的是要有恒心，尤其是信心。’
我们虽未发现新元素，但我们用严谨的态度丈量世界，用理性的光芒照亮未知。希望你们记住今天的这份专注与坚持——因为它不仅是实验成功的钥匙，更是未来面对复杂世界时，属于你们自己的‘内在电阻率’：稳定、坚韧、导电性强，能在时代的电流中持续发光。” 1. 跟随教师回顾知识框架。
2. 理解实验背后的科学精神。
3. 感受物理学习的价值意义。
4. 树立严谨求实的学习态度。
评价任务 知识整合：☆☆☆
情感认同：☆☆☆
价值内化：☆☆☆
设计意图 采用“结构化+激励性”双重总结方式，既巩固知识体系，又提升情感价值。引用居里夫人的名言，将实验精神与科学家品格相连。结尾用“内在电阻率”作比喻，巧妙呼应课题，赋予物理概念人文温度，实现学科育人目标。
作业设计
一、实验报告完善
1. 整理实验数据，重新绘制U-I图像（手绘于坐标纸上），标明坐标轴名称、单位及刻度。
2. 计算斜率R，并列出详细计算过程。
3. 查阅资料，写出你所测金属丝材料的标准电阻率值，计算相对误差：
　　　相对误差 = |测量值 - 标准值| / 标准值 × 100%
4. 分析本次实验最主要的三项误差来源，并提出改进建议。
二、拓展思考题
1. 若实验中不慎将电流表内接，会导致测量结果偏大还是偏小？请结合公式推导说明。
2. 有人建议用千分尺代替螺旋测微器测量直径，可行吗？为什么？
3. 假设你要为一座桥梁设计避雷导线，需选用低电阻率材料，请列举三种常见金属材料按电阻率从小到大排序，并说明选择理由。
【答案解析】
一、实验报告完善
1. 图像应为过原点的直线，斜率即为R。
2. 斜率k = ΔU / ΔI，注意单位统一。
3. 镍铬合金标准ρ ≈ 1.10×10 Ω·m，代入计算即可。
4. 主要误差：电压表分流（系统）、直径测量偏差（偶然）、温度变化（系统）。
改进：采用补偿电路、多位置测直径、快速测量减少发热。
二、拓展思考题
1. 内接法会使电压表测量值包含电流表压降，导致U偏大，故R偏大，ρ偏大。
2. 不可行。“千分尺”即为螺旋测微器的别称，两者为同一仪器。
3. 排序：银 < 铜 < 铝；选铜因性价比高、延展性好、耐腐蚀。
板书设计
测金属丝的电阻率
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│ 实验目标：ρ = │
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│ 依据：R = ρL/S → ρ = RS/L │
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├─ L：米尺测量（多次取均值）
├─ S：d → 螺旋测微器 → S=π(d/2)
└─ R：伏安法 → U-I图像斜率
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│ 电路选择：Rx小 → 外接法 │
│ 误差分析：系统（电表）、偶然（读数）│
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科学精神：真实 · 严谨 · 坚持
教学反思
成功之处
1. 以高铁轨道材料选择为情境导入，贴近生活实际，有效激发学生探究动机，课堂参与度高。
2. 采用“引导式纠错”策略，在学生操作中发现问题并通过提问促其自省，增强了自主探究能力。
3. 强调图像法处理数据，并结合全班数据开展误差分析讨论，提升了学生的科学思维与批判意识。
不足之处
1. 个别小组因接线不熟练导致时间紧张，未能完成全部6组数据采集，今后可增加预演环节。
2. 对螺旋测微器的操作指导仍显仓促，部分学生读数存在估读错误，需加强微技能专项训练。
3. 拓展问题中关于材料排序的回答较单一，反映出学生课外知识储备有限，应鼓励课前查阅资料。