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课题

实验2 金属丝电阻率的测量

教学内容分析

本节是第3节的第二部分，也是核心的环节。本节承接上一节的内容，在测量了金属丝长度、直径的基础上，再对金属丝的电阻进行测量。伏安法测电阻是初中物理电学部分的重点实验，学生已经有一定的了解。本节的内容要着眼于高中与初中的不同之处，分析电表的内阻、滑动变阻器的不同连接对实验准确性的影响。

学情分析

通过学前面的学习，学生已对电阻率的概念有了一定了解。但由于这一概念相对抽象，学生的认识并不深入。通过本节的实验操作，学生在练习操作各种器材、熟悉相关电路的同时，也能加深对电阻率概念的认知。

电路方面，学生在初中学习过限流电路，但缺少对电压表、电流变内阻的分析，也只接触过滑动变阻器的最基本连接方法。因此，在进行本次实验时，要让学生由此出发，分析电路内外接、限流式和分压式的区别，并在此基础上绘制出实验电路图。

教学目标

1、理解测量电阻率的实验原理及实验方法。

2、通过分组实验，学会测量导体的电阻率，并能进行误差分析。

3、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

重难点

教学重点：

金属丝电阻率的测量。

教学难点：

电路的分压式接法。

教学过程

教学环节

教师活动

学生活动

设计意图

新课导入

【提问】不同导体的导电性能不同，通过上一节的学习，哪一个物理量是反映导体材料导电性能的重要物理量？

【提问】通过前面的学习，我们找到了测量导体长度和直径的工具和方法，那么，要测导体的电阻率又该如何操作呢？

【提问】要完成测量，应选用哪些测量工具？应测量哪些物理量？

思考并回答：

电阻率。

推导并回答：

由可推得

用毫米刻度尺测量金属丝的长度。

用游标卡尺或螺旋测微器测量金属丝的直径。

用伏安法测量金属丝的电阻。

承接第2节的内容，引出本节的主题。

有电阻定律的表达式得出测量电阻率的基本原理。

依据对原理的分析，找出需要测量的物理量及相应的测量工具。

环节一

测量思路

与方法

【提问】测金属丝的长度应选用什么测量工具？测量过程中有何注意事项？

测量工具：毫米刻度尺；分度值1mm，可估读到0.1mm；

测量思路：测量接入电路的电阻丝有效长度，多测几次求取平均值。

【例】毫米刻度尺的使用。

毫米刻度尺的最小分度值为_____，测量时应精确到_____mm，估读到_____mm。请读出下图中物块的长度。

【提问】测金属丝的直径应选用什么测量工具？测量过程中有何注意事项？

测量思路：测量金属丝的直径d，间接得出金属丝的横截面积。

测量方法：

①若选刻度尺，利用累积法测直径；

②选螺旋测微器或游标卡尺直接测量直径，在电阻丝的不同位置测量3次，求得直径的平均值。

【提问】怎样测量导体的电阻呢？

电路图：

思考并回答：

电阻丝总长度约几十厘米，可选用毫米刻度尺。

审题并回答：

65.5mm

思考并回答：

可使用螺旋测微器。

思考并回答：

测量方法：伏安法

测量思路：用电压表测出电阻两端的电压U，用电流表测出通过电阻的电流I，利用部分电路欧姆定律可以算出电阻的阻值；

对测量金属丝长度、直径的方法进行简单回顾，为设计并进行实验做准备。

进一步提出问题，引导学生回忆初中所学伏安法测电阻的相关知识。

环节二

测量电路

的设计

【讲述】连接伏安法测电阻的电路时，电表有两种常见的接法，分别是：

①电流表接在电压表两接线柱外侧，通常叫“外接法”。

②电流表接在电压表两接线柱内侧，通常叫“内接法”。

【提问】因电流表有分压、电压表有分流作用，两种方法测量电阻都有误差，那么，实际应用中该如何选择呢？

【提问】当电流表外接时，如图所示，电压表和电流表的示数各是多少？计算得到的电阻表达式是怎样的？与实际值的差别是怎样的？

【提问】当电流表内接时，如图所示，电压表和电流表的示数各是多少？计算得到的电阻表达式是怎样的？与实际值的差别是怎样的？

【提问】内接法与外接法怎样选择？

当（即）时用内接法。

当（即）时用外接法。

当（即）时两种接法均可。

【讲述】“内外接”方法的另一种选择方法——试探法。

如图，按内外接的方式依次连接，观察电流表、电压表示数变化情况。

若伏特表示数有明显变化，即，用外接；

若安培表示数有明显变化，即，用内接。

在初中所学伏安法的基础上思考两种接法的区别。

在初中所学伏安法的基础上思考两种接法的区别及误差来源。

分析、推导并作答：

电压表读数：

电流表示数：

电阻的测量值：

由于

∴

误差来源于电压表的分流，分流越小，误差越小。

测量小电阻，即R_x<<R_V情况下，使用外接法误差较小。

分析、推导并作答：

电压表读数：

电流表示数：

电阻的测量值：

由于

∴

误差来源于电流表的分压，分压越小，误差越小。

测量大电阻，即R_x>>R_A情况下，使用内接法误差较小。

综合以上分析回答：

选择内接法与外接法的判断依据及产生的误差判断方法为：大内偏大，小外偏小。

思考并理解试探法的原理。

引导学生认识到实际中的电表不是理想电表，都会有或大或小的内阻，而其电阻也会对电路中的电压、电流分配产生影响。这也为后续介绍电源的内阻做了铺垫。

引导学生，将电表看作一种特殊的电阻，从而对两种接法进行误差分析。

在分析两种接法的基础上，引导学生分析选择具体接法的判断依据。

介绍另一种选择连接方法的依据，并引导学生思考其原理。

环节三

控制电路

的设计

【提问】在测量电阻时，怎样改变电阻的电流、电压，以达到测多组数据的实验效果？

【提问】滑动变阻器该如何接入电路呢？

初中学过的连接方式称为限流式。

【提问】在第2节学习过的滑动变阻器另一种接法的电路是什么？

【提问】限流式接法有何特点？

注意：不计电源内阻。

【提问】分压式接法有何特点？

注意：不计电源内阻。

【提问】两种接法的优缺点各有哪些？

【提问】怎样选择滑动变阻器的接法？

注意：当两种接法均可时，一般采用限流接法。

【提问】怎样选择不同规格的滑动变阻器？

思考并回答：

在电路中接入滑动变阻器。

复习初中电学部分的知识并作答：

选一上一下两个接线柱，串联接。

复习并回答：

分压式

分析并回答：

当滑片P处于A端：

滑变接入阻值R_P＝0

待测电阻所分电压最大，为U₀

待测电阻的电流

当滑片P处于B端：

滑变接入阻值R_P＝R_max；

待测阻值所分电压最小

待测电阻的电流

分析并回答：

当滑片P处于A端：

滑变全部阻值R_max与R_x并联（R_AP＝0；R_BP＝R_max与R_x并联）

待测电阻所分电压最大，为电源电压U₀；

待测电阻的电流

当滑片P处于B端：

滑变接入全部阻值R_max，此时R_x被短路

（R_AP＝R_max；R_BP＝0与R_x并联）

待测阻值所分电压最小，为0

待测电阻的电流为0

思考、总结并回答：

①限流接法：

优点：电路结构简单、操作方便、耗能少。

缺点：电压或电流不能从0变起、调节范围小。

②分压接法：

优点：电压或电流能从0调节，调节范围大。

缺点：电路结构复杂、操作不方便、耗能多。

思考并回答：

以下3种情况必须用分压接法：

①当要求电压或电流从0变起时；

②当待测电阻的阻值远大于滑动变阻器的总阻值时；

③当采用限流接法，无论怎样调节都不能保证电路的安全时。

思考并回答：

①当采用限流接法时，选择总电阻与待测电阻的阻值相接近的那一个。

②当采用分压接法时，选择总电阻小而额定电流大的那一个。

从初中学过的滑动变阻器的限流式连接方法入手，引出对分压式连接方法的介绍。

对上一节学过的内容提问，温故知新。

对限流式和分压式两种解法分别进行分析，再加以比较，以得出选择哪一种接法的判断依据。

在分析特点基础上总结两种接法的优缺点。

针对同情况明确选择不同接法的理由。

明确两种接法的选择依据。

环节四

伏安法

测电阻

的电路设计

及仪表选择

【提问】综合以上分析，伏安法测电阻的电路有哪些？

由于电阻丝的电阻较小，做实验时，选择外接法；当不要求电压从0开始调节，可选择耗能较低的限流法。

【讲述】仪表选择的方法：

①安全性原则：例如电压表与电流表不能超过量程。

②精确性原则：例如电压表与电流表的指针偏角不能过小，应使其指针偏角不小于满偏的1/3.

③方便性原则

④经济性原则

思考并回答：

分压外接法

分压内接法

限流外接法

限流内接法

理解、领会。

综合上述内、外接和分压、限流，总结伏安法测电阻的不同电路图。

介绍仪表选择的原则，为学生的实操和习题处理做准备。

环节五

测金属丝

电阻率

【讲述】实验目的：测量金属丝的电阻率。

【提问】实验电路图是怎样的？

【提问】实验器材有哪些？

【提问】实验的步骤有哪些？

测量导线长度和直径的数据记录表：

测量导线电阻的数据记录表：

注意：

①因一般金属丝电阻较小，为了减少实验的系统误差，应选择电流表外接法。

②本实验滑动变阻器若用分压式接法，在接通电源之前应将滑动变阻器调到电压表为零的状态。

③测量I时应测接入电路中的金属丝的有效长度（即两接线柱之间的长度）；在金属丝的3个不同位置上用螺旋测微器或游标卡尺测量直径d。

④电流不宜过大（电流表用0-0.6A量程），通电时间不宜太长，以免电阻率因温度升高而变化。

【提问】这个实验的误差主要来源于哪里？

【播放视频】测定金属丝的电阻率。

在前面分析的基础上理解。

绘制电路图。

思考并回答：

螺旋测微器或游标卡尺、毫米刻度尺、电压表、电流表、定值电阻、开关及导线、被测金属导线、电池、滑动变阻器。

思考并回答：

①测直径：在被测金属丝上三个不同位置各测一次直径，并记录；

②量长度：测有效长度，反复测量3次；

③连电路：按原理图所示的电路图连接实验电路；

④求电阻：改变滑动变阻器滑片的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值，记入表格内，断开开关S。

⑤拆除实验电路，整理好实验器材。

思考并回答：

①直径测量。

②长度测量。

③电路中电流表及电压表内阻对电阻测量的影响。

④通电电流大小、时间长短、致使电阻丝发热,电阻率随之变化。

观看视频。

明确针对现有器材的实验装置、电路图、器材规格。

引导学生设计实验步骤，并介绍注意事项。

结合前面的内容，引导学生分析本实验的误差来源。

课堂总结

一、外接法与内接法：大内偏大，小外偏小。

二、分压电路与限流电路：

三、伏安法测电阻：

1、实验原理

2、实验步骤

3、数据分析

4、误差分析

板书设计

§11.3-2金属丝电阻率的测量

1、内接法与外接法：大内偏大，小外偏小

2、滑动变阻器的接法：

①限流式：电路简单、操作方便、耗能少。电压或电流不能从0变起、调节范围小。

②分压式：电压或电流能从0调节，调节范围大。电路复杂、操作不方便、耗能多。

选择依据：①要求U或I从0变起；②R_x远大于R_P；③限流法不能保证电路安全时。

3、测金属丝的电阻率：

①实验原理

②电路图：

③实验器材

④实验步骤

⑤数据分析

⑥误差分析

作业设计

1、梳理本节知识点。

2、教材P67“练习与应用”第2、3题。

教学反思与评价