11.3 實驗2 金屬絲電阻率的測量（教學設計）- 【上好課】高二物理同步備課系列（人教版2019必修第三冊）

第3節(jié)試驗2金屬絲電阻率的測量教學設計備課人學科物理課題試驗2金屬絲電阻率的測量教學內容分析本節(jié)是第3節(jié)的其次部分，也是核心的環(huán)節(jié)。本節(jié)承接上一節(jié)的內容，在測量了金屬絲長度、直徑的基礎上，再對金屬絲的電阻進行測量。伏安法測電阻是學校物理電學部分的重點試驗，同學已經有肯定的了解。本節(jié)的內容要著眼于高中與學校的不同之處，分析電表的內阻、滑動變阻器的不同連接對試驗精確?????性的影響。學情分析通過學前面的學習，同學已對電阻率的概念有了肯定了解。但由于這一概念相對抽象，同學的生疏并不深化。通過本節(jié)的試驗操作，同學在練習操作各種器材、生疏相關電路的同時，也能加深對電阻率概念的認知。電路方面，同學在學校學習過限流電路，但缺少對電壓表、電流變內阻的分析，也只接觸過滑動變阻器的最基本連接方法。因此，在進行本次試驗時，要讓同學由此動身，分析電路內外接、限流式和分壓式的區(qū)分，并在此基礎上繪制出試驗電路圖。教學目標1、理解測量電阻率的試驗原理及試驗方法。2、通過分組試驗，學會測量導體的電阻率，并能進行誤差分析。3、通過使用游標卡尺或螺旋測微器測量長度，以及測量電阻等過程，進一步形成自覺遵守試驗操作規(guī)程和謹慎操作的習慣。教學重難點教學重點：金屬絲電阻率的測量。教學難點：電路的分壓式接法。教學過程教學環(huán)節(jié)老師活動同學活動設計意圖新課導入【提問】不同導體的導電性能不同，通過上一節(jié)的學習，哪一個物理量是反映導體材料導電性能的重要物理量？【提問】通過前面的學習，我們找到了測量導體長度和直徑的工具和方法，那么，要測導體的電阻率又該如何操作呢？【提問】要完成測量，應選用哪些測量工具？應測量哪些物理量？思考并回答：電阻率。推導并回答：由R＝ρ用毫米刻度尺測量金屬絲的長度。用游標卡尺或螺旋測微器測量金屬絲的直徑。用伏安法測量金屬絲的電阻。承接第2節(jié)的內容，引出本節(jié)的主題。有電阻定律的表達式得出測量電阻率的基本原理。依據對原理的分析，找出需要測量的物理量及相應的測量工具。環(huán)節(jié)一測量思路與方法【提問】測金屬絲的長度應選用什么測量工具？測量過程中有何留意事項？測量工具：毫米刻度尺；分度值1mm，可估讀到0.1mm；測量思路：測量接入電路的電阻絲有效長度，多測幾次求取平均值?！纠亢撩卓潭瘸叩氖褂谩：撩卓潭瘸叩淖钚》侄戎禐開____，測量時應精確到_____mm，估讀到_____mm。請讀出下圖中物塊的長度?！咎釂枴繙y金屬絲的直徑應選用什么測量工具？測量過程中有何留意事項？測量思路：測量金屬絲的直徑d，間接得出金屬絲的橫截面積。測量方法：①若選刻度尺，利用累積法測直徑；②選螺旋測微器或游標卡尺直接測量直徑，在電阻絲的不同位置測量3次，求得直徑的平均值?！咎釂枴吭鯓訙y量導體的電阻呢？電路圖：思考并回答：電阻絲總長度約幾十厘米，可選用毫米刻度尺。審題并回答：65.5mm思考并回答：可使用螺旋測微器。思考并回答：測量方法：伏安法測量思路：用電壓表測出電阻兩端的電壓U，用電流表測出通過電阻的電流I，利用部分電路歐姆定律可以算出電阻的阻值R＝對測量金屬絲長度、直徑的方法進行簡潔回顧，為設計并進行試驗做預備。進一步提出問題，引導同學回憶學校所學伏安法測電阻的相關學問。環(huán)節(jié)二測量電路的設計【敘述】連接伏安法測電阻的電路時，電表有兩種常見的接法，分別是：①電流表接在電壓表兩接線柱外側，通常叫“外接法”。②電流表接在電壓表兩接線柱內側，通常叫“內接法”?！咎釂枴恳螂娏鞅碛蟹謮骸㈦妷罕碛蟹至髯饔?，兩種方法測量電阻都有誤差，那么，實際應用中該如何選擇呢？【提問】當電流表外接時，如圖所示，電壓表和電流表的示數各是多少？計算得到的電阻表達式是怎樣的？與實際值的差別是怎樣的？【提問】當電流表內接時，如圖所示，電壓表和電流表的示數各是多少？計算得到的電阻表達式是怎樣的？與實際值的差別是怎樣的？【提問】內接法與外接法怎樣選擇？當RxRA>R當RxRA<RVR當RxRA＝RVR【敘述】“內外接”方法的另一種選擇方法——摸索法。如圖，按內外接的方式依次連接，觀看電流表、電壓表示數變化狀況。若伏特表示數有明顯變化，即?II<若安培表示數有明顯變化，即?II>在學校所學伏安法的基礎上思考兩種接法的區(qū)分。在學校所學伏安法的基礎上思考兩種接法的區(qū)分及誤差來源。分析、推導并作答：電壓表讀數：電流表示數：電阻的測量值：由于∴誤差來源于電壓表的分流，分流越小，誤差越小。測量小電阻，即Rx<<RV狀況下，使用外接法誤差較小。分析、推導并作答：電壓表讀數：電流表示數：電阻的測量值：由于∴誤差來源于電流表的分壓，分壓越小，誤差越小。測量大電阻，即Rx>>RA狀況下，使用內接法誤差較小。綜合以上分析回答：選擇內接法與外接法的推斷依據及產生的誤差推斷方法為：大內偏大，小外偏小。思考并理解摸索法的原理。引導同學生疏到實際中的電表不是抱負電表，都會有或大或小的內阻，而其電阻也會對電路中的電壓、電流安排產生影響。這也為后續(xù)介紹電源的內阻做了鋪墊。引導同學，將電表看作一種特殊的電阻，從而對兩種接法進行誤差分析。在分析兩種接法的基礎上，引導同學分析選擇具體接法的推斷依據。介紹另一種選擇連接方法的依據，并引導同學思考其原理。環(huán)節(jié)三把握電路的設計【提問】在測量電阻時，怎樣轉變電阻的電流、電壓，以達到測多組數據的試驗效果？【提問】滑動變阻器該如何接入電路呢？學校學過的連接方式稱為限流式?！咎釂枴吭诘?節(jié)學習過的滑動變阻器另一種接法的電路是什么？【提問】限流式接法有何特點？留意：不計電源內阻?！咎釂枴糠謮菏浇臃ㄓ泻翁攸c？留意：不計電源內阻?！咎釂枴績煞N接法的優(yōu)缺點各有哪些？【提問】怎樣選擇滑動變阻器的接法？留意：當兩種接法均可時，一般接受限流接法?！咎釂枴吭鯓舆x擇不同規(guī)格的滑動變阻器？思考并回答：在電路中接入滑動變阻器。復習學校電學部分的學問并作答：選一上一下兩個接線柱，串聯接。復習并回答：分壓式分析并回答：當滑片P處于A端：滑變接入阻值RP＝0待測電阻所分電壓最大，為U0待測電阻的電流I當滑片P處于B端：滑變接入阻值RP＝Rmax；待測阻值所分電壓最小R待測電阻的電流I分析并回答：當滑片P處于A端：滑變全部阻值Rmax與Rx并聯（RAP＝0；RBP＝Rmax與Rx并聯）待測電阻所分電壓最大，為電源電壓U0；待測電阻的電流I當滑片P處于B端：滑變接入全部阻值Rmax，此時Rx被短路（RAP＝Rmax；RBP＝0與Rx并聯）待測阻值所分電壓最小，為0待測電阻的電流為0思考、總結并回答：①限流接法：優(yōu)點：電路結構簡潔、操作便利、耗能少。缺點：電壓或電流不能從0變起、調整范圍小。②分壓接法：優(yōu)點：電壓或電流能從0調整，調整范圍大。缺點：電路結構簡單、操作不便利、耗能多。思考并回答：以下3種狀況必需用分壓接法：①當要求電壓或電流從0變起時；②當待測電阻的阻值遠大于滑動變阻器的總阻值時；③當接受限流接法，無論怎樣調整都不能保證電路的平安時。思考并回答：①當接受限流接法時，選擇總電阻與待測電阻的阻值相接近的那一個。②當接受分壓接法時，選擇總電阻小而額定電流大的那一個。從學校學過的滑動變阻器的限流式連接方法入手，引出對分壓式連接方法的介紹。對上一節(jié)學過的內容提問，溫故知新。對限流式和分壓式兩種解法分別進行分析，再加以比較，以得出選擇哪一種接法的推斷依據。在分析特點基礎上總結兩種接法的優(yōu)缺點。針對同狀況明確選擇不同接法的理由。明確兩種接法的選擇依據。環(huán)節(jié)四伏安法測電阻的電路設計及儀表選擇【提問】綜合以上分析，伏安法測電阻的電路有哪些？分壓外接法分壓內接法限流外接法限流內接法由于電阻絲的電阻較小，做試驗時，選擇外接法；當不要求電壓從0開頭調整，可選擇耗能較低的限流法。【敘述】儀表選擇的方法：①平安性原則：例如電壓表與電流表不能超過量程。②精確性原則：例如電壓表與電流表的指針偏角不能過小，應使其指針偏角不小于滿偏的1/3.③便利性原則④經濟性原則思考并回答：分壓外接法分壓內接法限流外接法限流內接法理解、領悟。綜合上述內、外接和分壓、限流，總結伏安法測電阻的不同電路圖。介紹儀表選擇的原則，為同學的實操和習題處理做預備。環(huán)節(jié)五測金屬絲電阻率【敘述】試驗目的：測量金屬絲的電阻率?！咎釂枴吭囼炿娐穲D是怎樣的？【提問】試驗器材有哪些？【提問】試驗的步驟有哪些？測量導線長度和直徑的數據記錄表：測量次數123平均值導線長l/m導線直徑d/m測量導線電阻的數據記錄表：測量次數123電阻平均值電壓U/V電流I/A電阻R/Ω留意：①因一般金屬絲電阻較小，為了削減試驗的系統(tǒng)誤差，應選擇電流表外接法。②本試驗滑動變阻器若用分壓式接法，在接通電源之前應將滑動變阻器調到電壓表為零的狀態(tài)。③測量I時應測接入電路中的金屬絲的有效長度（即兩接線柱之間的長度）；在金屬絲的3個不同位置上用螺旋測微器或游標卡尺測量直徑d。④電流不宜過大（電流表用0-0.6A量程），通電時間不宜太長，以免電阻率因溫度上升而變化。【提問】這個試驗的誤差主要來源于哪里？【播放視頻】測定金屬絲的電阻率。在前面分析的基礎上理解。繪制電路圖。思考并回答：螺旋測微器或游標卡尺、毫米刻度尺、電壓表、電流表、定值電阻、開關及導線、被測金屬導線、電池、滑動變阻器。思考并回答：①測直徑：在被測金屬絲上三個不同位置各測一次直徑，并記錄；②量長度：測有效長度，反復測量3次；③連電路：按原理圖所示的電路圖連接試驗電路；④求電阻：轉變滑動變阻器滑片的位置，讀出幾組相應的電流表、電壓表的示數I和U的值，記入表格內，斷開開關S。⑤拆除試驗電路，整理好試驗器材。思考并回答：①直徑測量。②長度測量。③電路中電流表及電壓表內阻對電阻測量的影響。④通電電流大小、時間長短、致使電阻絲發(fā)熱,電阻率隨之變化。觀看視頻。明確針對現有器材的試驗裝置、電路圖、器材規(guī)格。引導同學設計試驗步驟，并介紹留意事項。結合前面的內容，引導同學分析本試驗的誤差來源。課堂總結一、外接法與內接法：大內偏大，小外偏小。二、分壓電路與限流電路：三、伏安法測電阻：1、試驗原理2、試驗步驟3、數據分析4、誤差分析板書設計§11.3-2金屬絲電阻率的測量1、內接法與外接