11.3 實(shí)驗(yàn)2 金屬絲電阻率的測量（教學(xué)設(shè)計(jì)）- 【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(yàn)2金屬絲電阻率的測量教學(xué)設(shè)計(jì)備課人學(xué)科物理課題試驗(yàn)2金屬絲電阻率的測量教學(xué)內(nèi)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(nèi)容，在測量了金屬絲長度、直徑的基礎(chǔ)上，再對金屬絲的電阻進(jìn)行測量。伏安法測電阻是學(xué)校物理電學(xué)部分的重點(diǎn)試驗(yàn)，同學(xué)已經(jīng)有肯定的了解。本節(jié)的內(nèi)容要著眼于高中與學(xué)校的不同之處，分析電表的內(nèi)阻、滑動(dòng)變阻器的不同連接對試驗(yàn)精確?????性的影響。學(xué)情分析通過學(xué)前面的學(xué)習(xí)，同學(xué)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(xué)的生疏并不深化。通過本節(jié)的試驗(yàn)操作，同學(xué)在練習(xí)操作各種器材、生疏相關(guān)電路的同時(shí)，也能加深對電阻率概念的認(rèn)知。電路方面，同學(xué)在學(xué)校學(xué)習(xí)過限流電路，但缺少對電壓表、電流變內(nèi)阻的分析，也只接觸過滑動(dòng)變阻器的最基本連接方法。因此，在進(jìn)行本次試驗(yàn)時(shí)，要讓同學(xué)由此動(dòng)身，分析電路內(nèi)外接、限流式和分壓式的區(qū)分，并在此基礎(chǔ)上繪制出試驗(yàn)電路圖。教學(xué)目標(biāo)1、理解測量電阻率的試驗(yàn)原理及試驗(yàn)方法。2、通過分組試驗(yàn)，學(xué)會測量導(dǎo)體的電阻率，并能進(jìn)行誤差分析。3、通過使用游標(biāo)卡尺或螺旋測微器測量長度，以及測量電阻等過程，進(jìn)一步形成自覺遵守試驗(yàn)操作規(guī)程和謹(jǐn)慎操作的習(xí)慣。教學(xué)重難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：金屬絲電阻率的測量。教學(xué)難點(diǎn)：電路的分壓式接法。教學(xué)過程教學(xué)環(huán)節(jié)老師活動(dòng)同學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖新課導(dǎo)入【提問】不同導(dǎo)體的導(dǎo)電性能不同，通過上一節(jié)的學(xué)習(xí)，哪一個(gè)物理量是反映導(dǎo)體材料導(dǎo)電性能的重要物理量？【提問】通過前面的學(xué)習(xí)，我們找到了測量導(dǎo)體長度和直徑的工具和方法，那么，要測導(dǎo)體的電阻率又該如何操作呢？【提問】要完成測量，應(yīng)選用哪些測量工具？應(yīng)測量哪些物理量？思考并回答：電阻率。推導(dǎo)并回答：由R＝ρ用毫米刻度尺測量金屬絲的長度。用游標(biāo)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(nèi)容，引出本節(jié)的主題。有電阻定律的表達(dá)式得出測量電阻率的基本原理。依據(jù)對原理的分析，找出需要測量的物理量及相應(yīng)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(yīng)選用什么測量工具？測量過程中有何留意事項(xiàng)？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?。毫米刻度尺的最小分度值為_____，測量時(shí)應(yīng)精確到_____mm，估讀到_____mm。請讀出下圖中物塊的長度。【提問】測金屬絲的直徑應(yīng)選用什么測量工具？測量過程中有何留意事項(xiàng)？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(biāo)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。【提問】怎樣測量導(dǎo)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(jìn)行簡潔回顧，為設(shè)計(jì)并進(jìn)行試驗(yàn)做預(yù)備。進(jìn)一步提出問題，引導(dǎo)同學(xué)回憶學(xué)校所學(xué)伏安法測電阻的相關(guān)學(xué)問。環(huán)節(jié)二測量電路的設(shè)計(jì)【敘述】連接伏安法測電阻的電路時(shí)，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(cè)，通常叫“外接法”。②電流表接在電壓表兩接線柱內(nèi)側(cè)，通常叫“內(nèi)接法”?！咎釂枴恳螂娏鞅碛蟹謮?、電壓表有分流作用，兩種方法測量電阻都有誤差，那么，實(shí)際應(yīng)用中該如何選擇呢？【提問】當(dāng)電流表外接時(shí)，如圖所示，電壓表和電流表的示數(shù)各是多少？計(jì)算得到的電阻表達(dá)式是怎樣的？與實(shí)際值的差別是怎樣的？【提問】當(dāng)電流表內(nèi)接時(shí)，如圖所示，電壓表和電流表的示數(shù)各是多少？計(jì)算得到的電阻表達(dá)式是怎樣的？與實(shí)際值的差別是怎樣的？【提問】內(nèi)接法與外接法怎樣選擇？當(dāng)RxRA>R當(dāng)RxRA<RVR當(dāng)RxRA＝RVR【敘述】“內(nèi)外接”方法的另一種選擇方法——摸索法。如圖，按內(nèi)外接的方式依次連接，觀看電流表、電壓表示數(shù)變化狀況。若伏特表示數(shù)有明顯變化，即?II<若安培表示數(shù)有明顯變化，即?II>在學(xué)校所學(xué)伏安法的基礎(chǔ)上思考兩種接法的區(qū)分。在學(xué)校所學(xué)伏安法的基礎(chǔ)上思考兩種接法的區(qū)分及誤差來源。分析、推導(dǎo)并作答：電壓表讀數(shù)：電流表示數(shù)：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(dǎo)并作答：電壓表讀數(shù)：電流表示數(shù)：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(nèi)接法誤差較小。綜合以上分析回答：選擇內(nèi)接法與外接法的推斷依據(jù)及產(chǎn)生的誤差推斷方法為：大內(nèi)偏大，小外偏小。思考并理解摸索法的原理。引導(dǎo)同學(xué)生疏到實(shí)際中的電表不是抱負(fù)電表，都會有或大或小的內(nèi)阻，而其電阻也會對電路中的電壓、電流安排產(chǎn)生影響。這也為后續(xù)介紹電源的內(nèi)阻做了鋪墊。引導(dǎo)同學(xué)，將電表看作一種特殊的電阻，從而對兩種接法進(jìn)行誤差分析。在分析兩種接法的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)同學(xué)分析選擇具體接法的推斷依據(jù)。介紹另一種選擇連接方法的依據(jù)，并引導(dǎo)同學(xué)思考其原理。環(huán)節(jié)三把握電路的設(shè)計(jì)【提問】在測量電阻時(shí)，怎樣轉(zhuǎn)變電阻的電流、電壓，以達(dá)到測多組數(shù)據(jù)的試驗(yàn)效果？【提問】滑動(dòng)變阻器該如何接入電路呢？學(xué)校學(xué)過的連接方式稱為限流式?！咎釂枴吭诘?節(jié)學(xué)習(xí)過的滑動(dòng)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(diǎn)？留意：不計(jì)電源內(nèi)阻?！咎釂枴糠謮菏浇臃ㄓ泻翁攸c(diǎn)？留意：不計(jì)電源內(nèi)阻?！咎釂枴績煞N接法的優(yōu)缺點(diǎn)各有哪些？【提問】怎樣選擇滑動(dòng)變阻器的接法？留意：當(dāng)兩種接法均可時(shí)，一般接受限流接法?！咎釂枴吭鯓舆x擇不同規(guī)格的滑動(dòng)變阻器？思考并回答：在電路中接入滑動(dòng)變阻器。復(fù)習(xí)學(xué)校電學(xué)部分的學(xué)問并作答：選一上一下兩個(gè)接線柱，串聯(lián)接。復(fù)習(xí)并回答：分壓式分析并回答：當(dāng)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(dāng)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(dāng)滑片P處于A端：滑變?nèi)孔柚礡max與Rx并聯(lián)（RAP＝0；RBP＝Rmax與Rx并聯(lián)）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(dāng)滑片P處于B端：滑變接入全部阻值Rmax，此時(shí)Rx被短路（RAP＝Rmax；RBP＝0與Rx并聯(lián)）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(jié)并回答：①限流接法：優(yōu)點(diǎn)：電路結(jié)構(gòu)簡潔、操作便利、耗能少。缺點(diǎn)：電壓或電流不能從0變起、調(diào)整范圍小。②分壓接法：優(yōu)點(diǎn)：電壓或電流能從0調(diào)整，調(diào)整范圍大。缺點(diǎn)：電路結(jié)構(gòu)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(dāng)要求電壓或電流從0變起時(shí)；②當(dāng)待測電阻的阻值遠(yuǎn)大于滑動(dòng)變阻器的總阻值時(shí)；③當(dāng)接受限流接法，無論怎樣調(diào)整都不能保證電路的平安時(shí)。思考并回答：①當(dāng)接受限流接法時(shí)，選擇總電阻與待測電阻的阻值相接近的那一個(gè)。②當(dāng)接受分壓接法時(shí)，選擇總電阻小而額定電流大的那一個(gè)。從學(xué)校學(xué)過的滑動(dòng)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(xué)過的內(nèi)容提問，溫故知新。對限流式和分壓式兩種解法分別進(jìn)行分析，再加以比較，以得出選擇哪一種接法的推斷依據(jù)。在分析特點(diǎn)基礎(chǔ)上總結(jié)兩種接法的優(yōu)缺點(diǎn)。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(jù)。環(huán)節(jié)四伏安法測電阻的電路設(shè)計(jì)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(nèi)接法限流外接法限流內(nèi)接法由于電阻絲的電阻較小，做試驗(yàn)時(shí)，選擇外接法；當(dāng)不要求電壓從0開頭調(diào)整，可選擇耗能較低的限流法?！緮⑹觥績x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(yīng)使其指針偏角不小于滿偏的1/3.③便利性原則④經(jīng)濟(jì)性原則思考并回答：分壓外接法分壓內(nèi)接法限流外接法限流內(nèi)接法理解、領(lǐng)悟。綜合上述內(nèi)、外接和分壓、限流，總結(jié)伏安法測電阻的不同電路圖。介紹儀表選擇的原則，為同學(xué)的實(shí)操和習(xí)題處理做預(yù)備。環(huán)節(jié)五測金屬絲電阻率【敘述】試驗(yàn)?zāi)康模簻y量金屬絲的電阻率?！咎釂枴吭囼?yàn)電路圖是怎樣的？【提問】試驗(yàn)器材有哪些？【提問】試驗(yàn)的步驟有哪些？測量導(dǎo)線長度和直徑的數(shù)據(jù)記錄表：測量次數(shù)123平均值導(dǎo)線長l/m導(dǎo)線直徑d/m測量導(dǎo)線電阻的數(shù)據(jù)記錄表：測量次數(shù)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(yàn)的系統(tǒng)誤差，應(yīng)選擇電流表外接法。②本試驗(yàn)滑動(dòng)變阻器若用分壓式接法，在接通電源之前應(yīng)將滑動(dòng)變阻器調(diào)到電壓表為零的狀態(tài)。③測量I時(shí)應(yīng)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(gè)不同位置上用螺旋測微器或游標(biāo)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(shí)間不宜太長，以免電阻率因溫度上升而變化。【提問】這個(gè)試驗(yàn)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(chǔ)上理解。繪制電路圖。思考并回答：螺旋測微器或游標(biāo)卡尺、毫米刻度尺、電壓表、電流表、定值電阻、開關(guān)及導(dǎo)線、被測金屬導(dǎo)線、電池、滑動(dòng)變阻器。思考并回答：①測直徑：在被測金屬絲上三個(gè)不同位置各測一次直徑，并記錄；②量長度：測有效長度，反復(fù)測量3次；③連電路：按原理圖所示的電路圖連接試驗(yàn)電路；④求電阻：轉(zhuǎn)變滑動(dòng)變阻器滑片的位置，讀出幾組相應(yīng)的電流表、電壓表的示數(shù)I和U的值，記入表格內(nèi)，斷開開關(guān)S。⑤拆除試驗(yàn)電路，整理好試驗(yàn)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(nèi)阻對電阻測量的影響。④通電電流大小、時(shí)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(xiàn)有器材的試驗(yàn)裝置、電路圖、器材規(guī)格。引導(dǎo)同學(xué)設(shè)計(jì)試驗(yàn)步驟，并介紹留意事項(xiàng)。結(jié)合前面的內(nèi)容，引導(dǎo)同學(xué)分析本試驗(yàn)的誤差來源。課堂總結(jié)一、外接法與內(nèi)接法：大內(nèi)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(yàn)原理2、試驗(yàn)步驟3、數(shù)據(jù)分析4、誤差分析板書設(shè)計(jì)§11.3-2金屬絲電阻率的測量1、內(nèi)接法與外接