人教版 (2019)必修 第三册第十一章 电路及其应用3 实验：导体电阻率的测量教案设计

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一、学习目标展示

1．知道游标卡尺和螺旋测微器测量长度的原理和读数方法。

2．理解金属丝电阻率的测量原理，掌握各物理量的测量方法。

3．掌握利用伏安法测电阻的原理和方法，会进行数据处理和误差分析。

二、情景引入

     这一节我们来测量导体的电阻率。如果根据导体的电阻、长度和截面积来求出电阻率，就需要测量电阻和长度等。下面我们分别来进行相关的实验。

了解本节课学习目标

学生观察图片思考

有目的的学习

为引入电电荷的概念做铺垫

讲授新课

【自学感知】    

实验1　长度的测量及测量工具的选用

一、游标卡尺

1.构造.

游标卡尺的主要部分是主尺A和一条可以沿着主尺滑动的游标尺B.

2.原理.

游标卡尺利用主尺的单位刻度 (1 mm)与游标尺的单位刻度之间固定的微量差值来提高测量精度.常用的游标卡尺有10分度、20分度和50分度三种.

三种游标卡尺的相关参数见下表.

3.读数.

先读主尺上的刻度:根据游标尺上零刻度线与主尺刻度线的相对位置读出整毫米数,用l0表示.再读游标尺上的刻度:从游标尺上读出与主尺上某一刻度线对齐的刻度线对应的格数,用K表示.结合主尺及游标尺的读数得到被测长度为

l=l0+K×精确度 mm.

如图为10分度的游标卡尺,被测物体的长度为23.7 mm.

演示动画：游标卡尺的读数练习

4.使用.

(1)校零位:当外(内)测量爪一侧的两个刃接触时,游标尺上的零刻度线与主尺上的零刻度线正好对齐.

(2)测量:将被测物体夹(套)在这两个刃之间,把主尺读数和游标尺读数综合起来,就是被测物体的长度.

5.注意.

(1) 游标卡尺不估读.

(2)读数时,先将游标尺固定,取下被测物体后再进行读数.

例1．某同学用游标卡尺分别测量金属圆管的内、外壁直径，游标卡尺的示数分别如图(a)和(b)所示。由图可读出，圆管内壁的直径为____________ cm，圆管外壁的直径为____________ cm；由此可计算出金属圆管横截面的面积。

解析：题图(a)中游标卡尺的主尺读数为22 mm，游标尺读数为3×0.1 mm＝0.3 mm，所以最终读数为22 mm＋0.3 mm＝22.3 mm＝2.23 cm。题图(b)中游标卡尺的主尺读数为29 mm，游标尺读数为9×0.1 mm＝0.9 mm，所以最终读数为29 mm＋0.9 mm＝29.9 cm。

二、螺旋测微器

1.构造:它的测砧A和固定刻度B固定在尺架C上,可动刻度E、旋钮D和微调旋钮D’是与测微螺杆F连在一起的,并通过精密螺纹套在B上.

2.原理:旋钮D旋转一周,螺杆F便沿着旋转轴线方向前进或后退一个螺距的距离. 螺距是0.5 mm,圆周上的可动刻度E有50 个等分刻度,因此可动刻度每旋转一格,对应测微螺杆F前进或后退 (?.?)/?? mm=0.01 mm.显然,用螺旋测微器测量可准确到0.01  mm.

3.读数:先读固定刻度B上的刻度,并观察B上的半毫米刻度线是否露出;再读可动刻度E上的刻度,需要估读一位;综合B及E的读数得到被测长度为l=固定刻度示数+可动刻度示数(估读一位)×0.01 mm.

如图所示, 被测物体的长度为6.725(6.724~6.729 均可) mm. 

4.使用:(1)校零位:先使F与A接触,E的左边缘与B的零刻度线对正.

(2)测量:将被测物体夹在F与A之间,旋转D,当F快靠近物体时,停止使用D,改用D',听到“喀喀”声时停止.

(3)读数.

演示动画：千分尺读数练习

例2、用螺旋测微器测量合金丝的直径。为防止读数时测微螺杆发生转动，读数前应先旋紧如图所示的部件______(选填“A”“B” “C”或“D”)。从图中的示数可读出合金丝的直径为__________ mm。

解析：读数前应先旋紧B，使读数固定不变；

螺旋测微器的固定刻度为0 mm，可动刻度为41.0×0.01 mm＝0.410 mm，所以最终读数为0 mm＋0.410 mm＝0.410 mm。

实验2　金属丝电阻率的测量

一、实验思路

可用右图所示电路做此实验.取一段金属电阻丝(电路图中R)连接到实验电路中,只要测出电阻丝的电阻R、长度l和直径d(?=(??^?)/?),就可以算出该电阻丝所用材料的电阻率,即ρ=??/?=(??? ?)/??.

二、物理量的测量

需要测量金属电阻丝的电阻R、长度l和直径d三个物理量.

1.电阻的测量:按实验电路图连接实物电路.改变滑动变阻器滑片的位置,读取多组电压、电流值,通过U-I图像求得电阻R.

2.电阻丝有效长度的测量:用刻度尺测量电阻丝接入电路的

有效长度l,反复测量多次,得到有效长度的平均值.

3.电阻丝直径的测量:因为电阻丝比较细,所以直接用刻度尺测量会产生较大的误差,可以用以下两个参考案例测量.

(1)累积法测量:将电阻丝紧密缠绕在一圆柱体上,用刻度尺测出总宽度,再除以圈数.如图所示.

(2)用游标卡尺或螺旋测微器测量:在电阻丝的不同位置测量3次,求直径的平均值.

【探究解惑 】  

探究一：伏安法测电阻实验的器材和步骤是什么？

一、器材:

 被测金属丝、螺旋测微器(或游标卡尺)、毫米刻度尺、电压表、电流表、开关及导线、电池、滑动变阻器等.

二、步骤：

1.测直径:用刻度尺(累积法)或用螺旋测微器(或游标卡尺)在被测电阻丝的不同位置测量3次,并记录.

2.连电路:连接实验电路,将电阻丝拉直接入电路.

3.测长度:用毫米刻度尺测量接入电路中的电阻丝的有效长度,重复测量3次,并记录.

4.测电阻:把滑动变阻器的滑片调节到电阻最大的位置,电路经检查确认无误后,闭合开关S,改变滑动变阻器滑片的位置,读出几组相应的电流、电压值,记入下列表格内,断开开关S.

（1）.金属丝的直径d.

（2）.金属丝的长度l.

（3）.电压表、电流表读数R.

5.拆除实验电路,整理好实验器材.

探究二：本实验如何进行数据分析？试分析误差产生的原因。

一、数据分析:

1、根据表（1）、（2）分别计算出金属丝的直径和长度的平均值。

2、求Rx的平均值时可用两种方法：第一种是用Rx＝U/I算出各次的测量值，再取平均值；第二种是用U­-I图线来求出:建立U-I坐标系,将测量的U、I值在坐标系中描点作出图像,利用U-I图像求出电阻R,

3、将三个测量值d、l、R代入公式  ρ=(??^? ?)/?? 求出电阻率.

二、误差分析:

1．长度测量、直径测量造成的偶然误差。

2．电压表、电流表读数造成的偶然误差。

3．电流表外接法，R测＜R真，导致ρ测＜ρ真(系统误差)。

例3、利用螺旋测微器、米尺和如图甲所示的电路(其中电流表的内阻为1 Ω，电压表的内阻为5 kΩ)测量一根粗细均匀的阻值约为5 Ω的金属丝的电阻率。

(1)实验时，用螺旋测微器测量金属丝的直径和用米尺测量金属丝的长度示数如图乙所示，电流表、电压表的读数如图丙所示。由图可以读出金属丝两端的电压U＝_________，流过金属丝的电流I＝_________，金属丝的长度L＝____________，金属丝的直径d＝________________。

(2)该金属丝的电阻率是_________________(保留两位有效数字)

解析：(1)由图可以看出：电压表的量程是3 V，所以读数是2.20 V；电流表的量程是0.6 A，所以读数是0.44 A；由于螺旋测微器的半毫米刻度线已经露出，因此读数是1.850×10－3 m；米尺的读数是40.50 cm－10.00 cm＝30.50 cm。

(2)由电阻定律得ρ＝＝

＝ Ω·m

＝4.4×10－5 Ω·m。

学生阅读课文，认真研究，然后填空，对填不出的空重新看书理解并与同桌讨论。

学生理解后记忆

学生思考讨论

并回答

学生独立完成解题过程

在教师的引导下学生分析。

学生思考讨论并在教师的引导下回答

学生练习

把读书自学的机会还给学生。

锻炼学生的逻辑思维能力

帮助学生透彻理解公式的实质。

让学生理解实际情形下所学知识是如何应用的。

锻炼学生的分析能力，

教师引导下的讨论，注重学生的讨论过程，淡化探究的结果，给学生成功的喜悦。

强化所学知识

课堂小结

梳理自己本节所学知识。

根据学生表述，查漏补缺，

板书

11.3《 实验：导体电阻率的测量 》

实验1　长度的测量及测量工具的选用

一、游标卡尺

1.构造.

2.原理：.常用的游标卡尺有10分度、20分度和50分度三种

3.读数：先读主尺上的刻度:，再读游标尺上的刻度:L=l0+K×精确度 mm.

4.使用.：(1)校零位:(2)测量:

二、螺旋测微器

1.构造:

2.原理:准确到0.01  mm.

3.读数:先读固定刻度B上的刻度,再读可动刻度E上的刻度,需要估读一位;

4.使用:

实验2　金属丝电阻率的测量

一、实验思路：ρ=??/?=(??? ?)/??

二、物理量的测量：电阻R、长度l和直径d三个物理量.

1.电阻的测量:按实验电路图连接实物电路

2.电阻丝有效长度的测量:用刻度尺测量：有效长度

3.电阻丝直径的测量:用游标卡尺或螺旋测微器测量:

教学反思