2.4 实验：导体电阻率的测量 教学设计 高中物理新教科版必修第三册（2022-2023学年）

/index第4节实验：导体电阻率的测量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=ρeq\f(l,S).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=eq\f(RS,l)，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0.5/50mm=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=ρeq\f(l,S)，电阻率ρ=eq\f(RS,l).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(eq\f(d,2))2.可得电阻率的计算表达式，ρ=eq\f(πd2R,4l)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=eq\f(d1+d2+d3,3).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SEQ表\*ARABIC1电流和电压数据记录表格U/V0I/A0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=eq\f(U1,I1).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SEQ表\*ARABIC2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0~0.6A0.02A读到百分位0.01A0~3A0.1A读到百分位0.01A电压表0~3V0.1V读到百分位0.01V0~15V