人教版（2019）高中物理必修第三册 11.3 实验：导体电阻率的测量 教案（表格式）

课题 实验：导体电阻率的测量
教学目标
1. 理解游标卡尺的原理，学会使用游标卡尺测量长度。 2. 理解螺旋测微器的原理，学会使用螺旋测微器测量长度。 3. 理解测量电阻率的实验原理及实验方法。 4. 通过分组实验，学会测量导体的电阻率。 5. 通过使用游标卡尺或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。
教学重点： 理解游标卡尺的结构、原理和学会游标卡尺的读数方法。 理解螺旋测微器的结构、原理和学会螺旋测微器的读数方法。 根据原理图连接实物电路。 根据U-I图像求电阻丝的电阻。
教学难点： 1. 游标卡尺原理的理解。 2. 螺旋测微器原理的理解。 3. 根据原理图连接实物电路。
教学过程
环节一：明确实验原理 【问题】上节课我们已经明确了影响导体电阻的因素，同时我们也明确了电阻率的概念。根据上节课我们所学的内容，请同学们思考，如果我们要测量某种导体的电阻率： （1）需要测量哪些物理量？ （2）如何测量这些物理量？ 【老师】根据上述两个问题，我们明确实验原理。我们刚学习了导体电阻表达式为 ，导体的横截面积不能直接测量，可以通过测量直径d得到，即 ，从而可以得到导体的电阻率 。根据表达式可知，只需要测量导体的电阻R、直径d和电阻丝有效长度l，就可测出电阻丝的电阻率。 环节二：游标卡尺 初中我们已经学习了用刻度尺测量长度的方法和读数规则。现在我们进一步学习使用另外两种测量精度更高的工具。根据测量要求的不同，可以选用不同的测量工具。 1.游标卡尺的结构 如图所示，学生使用的游标卡尺是由主尺、游标尺、深度尺、外测量爪、内测量爪、尺身、紧固螺钉等组成。 2.游标卡尺的原理 通过视频，我们一起来学习游标卡尺的原理。 3.游标卡尺的分类 4.游标卡尺的读数方法 我们可以得到游标卡尺的读数方法。如图所示，读数时，先读主尺上的刻度，根据游标尺上零刻度与主尺刻度线的相对位置，可知主尺读数时23mm，再读游标尺上的刻度，游标尺上第七条刻度线与主尺上的刻度线对齐，其读数为0.7mm，那么游标卡尺的读数为主尺读数与游标尺读数相加，即23.7mm。 我们可以得到游标卡尺的读数方法： 读数=主尺读数+游标尺读数 游标尺读数=n（游标对齐格数）×精确度（mm） 例题： 主尺读数：20 mm 游标尺读数:6×0.1 mm=0.6 mm 读数:20mm+0.6mm=20.6 mm 5.游标卡尺的用途 游标卡尺有哪些用途呢？游标卡尺常用于测量被测物体的外径、内径和深度。 测量内径时用内测量爪撑住待测物体，测量外径时用外测量爪卡住待测物体，测量深度时，用深度尺抵住待测物体。 环节三：螺旋测微器 1.螺旋测微器的结构 螺旋测微器的基本结构：测砧、尺架、测微螺杆、固定刻度、可动刻度、旋钮、微调旋钮和锁紧装置等组成。 螺旋测微器的使用 【学生】观察螺旋测微器使用演示学习。 螺旋测微器的原理 【学生】观察螺旋测微器原理演示学习。 4.螺旋测微器的读数方法 我们可以总结螺旋测微器的读数方法： 如图所示，读数时，先读固定刻度，固定刻度整毫米数为6mm，半毫米刻度线已露出，则固定刻度读数为6.5mm，再读可动刻度，与固定刻度水平线对齐数n在22到23之间，估读一位为22.5，考虑到每一格对应0.01mm，则可动刻度读数为22.5 ×0.01=0.225mm。最后得到读数 等于6.725mm。 读数方法：读数=固定刻度读数+可动刻度读数 可动刻度读数=n（对齐格数）×0.01mm 注意：读数时以mm为单位，有效数字到小数点后三位，估读到0.001mm，即千分之一毫米，所以螺旋测微器又称为千分尺。 例题： 2.0mm+15.0×0.01mm=2.150mm 环节四：金属丝有效长度的测量 测量长度的工具:毫米刻度尺、游标卡尺和螺旋测微器。 测量工具的选择既要考虑使用的方便，也要考虑测量误差的大小，我们应该选择选用哪种测量工具？ 【学生】金属丝总长度为几十厘米，所以应选用毫米刻度尺，注意刻度尺的分度值为1mm，读数时可读到0.1mm。多次测量接入电路的有效长度，取平均值。 【学生】测量得出数据。用毫米刻度尺测量接入电路中被测金属丝的有效长度，测量3次，将数据记录在表格中，并求得有效长度的平均值。 环节五：金属丝直径的测量 【问题】测量金属丝的直径d要选用哪种测量工具？ 因为电阻丝比较细，所以直接用刻度尺测量就会产生比较大的误差，提供如下2种方案可选。 方案1：用刻度尺测量金属丝的直径 如图所示，取一段金属丝，在圆柱形物体上紧密缠绕，用刻度尺测量出总宽度，再除以圈数，通过累积法提高测量的准确度。 方案2：用游标卡尺或螺旋测微器测量金属丝的直径。 【学生】为了测量方便和减小误差，选用螺旋测微器进行测量，注意其分度值为0.01mm，可读到0.001mm。 【学生】测量得出数据。用螺旋测微器在被测金属丝不同位置测量3次，将数据记录在表格中，求得直径的平均值。 环节六：金属丝电阻的测量 【老师】准备好实验器材。 【问题】根据课本所给实验电路图能否连接好实物图，并指出电流表和电压表的正负接线柱，说明滑动变阻器的滑片应该放在哪端。 【学生】根据课本所给实验电路图连接实物图，电流从电表的正接线柱流入，负接线柱流出。滑动变阻器的滑片应放在a端。 【总结】先连接下面的控制电路，导线从电源正极出发，通过开关，再通过滑动变阻器，滑动变阻器连接下面两脚，最后回到电源的负极。再连接上面的测量电路，让电流从电流表的正接线柱流入，从负接线柱流出，流过金属丝回到负极，最后将电压表并联在金属丝上。注意将滑动变阻器的滑片放在最左端。 【学生】测量得出数据。闭合开关，改变滑片位置，测量6组电压和电流，将数据记录在表格中。 选取合适的横纵坐标，描点并拟合成一条直线，做出U-I图像，如图所示。 在图像上选取较远的AB两个点，A点坐标为(0.24A, 1.00 V)，B点坐标为(0.46A, 2.00 V)，求出斜率即为电阻丝的电阻R=4.5Ω。 环节七：数据处理 将测得的金属丝有效长度l、直径d、电阻R代入公式，计算出被测金属丝的电阻率。 三个物理量都用国际单位表示，分别为l=0.8847m，d=0.513×10-3m，R=4.5Ω 代入到表达式中可得电阻率ρ=1.05×10-6 Ω·m 环节八：数据分析 本实验使用的金属丝为镍铬丝，其电阻率参考值为ρ=1.0×10-6 Ω·m，计算相对误差为5.0% 环节九：误差分析 在实验过程中，除了测量金属丝电阻R、直径d和有效长度l产生误差外，由于金属丝通电后会升温，导致电阻率变大，也会产生测量误差。