高中物理 人教版 必修三《电路及其应用》第三课时

11.3《实验：导体电阻率的测量》教学设计一、设计思想一、设计思想《实验：导体电阻率的测量》是《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》必修课程必修3模块中“电路及其应用”主题下的内容。课程标准要求为：会测量金属丝的电阻率。在实验过程中，让学生了解游标卡尺和螺旋测微器的工作原理，在测量导体直径的实验中，学会正确使用螺旋测微器，培养学生在科学实验中严谨的科学态度。本节包括两个学生分组实验，首先要求学生掌握游标卡尺和螺旋测微器的原理、使用与读数方法，为测量金属丝直径做准备。教学中要求学生理解长度测量工具的原理，在掌握原理基础上掌握读数方法。测量金属电阻率的理论基础是电阻定律R=ρeq\f(l,S)，根据表达式分析需要测量的物理量和每个物理量的测量方法。用伏安法测电阻涉及电流表内接和外接，由于金属丝电阻与电流表内阻在同一数量级，选择电流表外接测量误差较小。学生在第2节学习了金属导体电阻的决定式，从电阻定律推理得到电阻率的测量表达式，学生能理解测量电阻率的原理、分析需要测量的物理量。学生初中已经学习了电压表和电流表的连接方法，但对电表读数规则不熟悉，可以举例帮助学生理解电流表和电压表读数方法。二、学习目标二、学习目标一、物理观念学生体会科学探究与逻辑思维相结合的物理观念，体验逻辑思维的力量。二、科学思维培养学生控制变量，利用实验抽象概括出物理规律的能力三、科学探究用控制变量法，探究导体电阻的决定因素四、科学态度与责任通过电阻温度计的教学，培养学生理论联系实际、学以致用的思维品质三、课前准备三、课前准备课件，自制教具,展示电路电学仪器，胶片等四、重点难点四、重点难点重点：测量金属电阻率原理难点：游标卡尺和螺旋测微器得工作原理、连接实物电路图五、教学过程五、教学过程【教学活动过程设计】环节教师活动学生活动设计意图导入新课播放饮用水被污染的新闻视频。图1引入电导率是检验水质合格的标准之一，电导率是电阻率的倒数，我们能不能自制简易检测水质的仪器？学生观看视频，知道纯净水水质指标之一“电导率”。知道电导率和电阻率之间是倒数关系。利用身边的饮用水为例，引入问题。学生有相应的生活经验，更容易开展教学。同时也能激发学生的实践激情。讲授新课实验思路：如何测量金属丝的电阻率？问题1：原理是什么？原理：电阻率ρ=物理量的测量：电阻丝的有效长的的测量l、电阻丝直径的测量S、电阻R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？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)两种测量仪器的使用：游标卡尺和螺旋测微器——游标卡尺：结构（图2）内测量爪紧固螺钉内测量爪紧固螺钉游标尺主尺深度尺外测量爪图2（2）原理——错位放大原理图3图4（3）使用测量笔筒的内径、外径、深度（4）读数规格10分度20分度50分度精确度0.1mm0.05mm0.02mm表1利用GGB软件，练习读数——螺旋测微器：（1）结构（图5）图5（2）原理——放大原理（3）使用测量金属丝的直径（4）读数示数=主尺读数+可动刻度(需要估读)×0.01mm利用GGB练习读数问题3：如何测量金属丝的电阻？常用的是伏安法测电阻。问题4：设置电流表的接法？由于电压表和电流表均不是理想电表，需要考虑系统误差，所以该部分采用试触法决定电流表的内外接。试触法：图6图7内接法图8外接法理论分析：由于实验中使用的铜丝，镍铬合金丝，导线的长度为50cm左右，粗细为0.500mm左右，所以金属丝的阻值为几欧姆，一般实验中电压表的变化比较明显，所以采用电流表外接法。问题5：满足大范围内测量，怎么连接滑动变阻器？滑动变阻器选择分压式接法，电阻两端的电压可以从“0”开始调节，而且电压的调节范围较广，可以实现测量多组数据。图9限流电路图10分压电路由以上分析可得，控制电路如下图：图11实验原理图图12实物图实验小组安排：实验中根据学生人数，分成四组。在实验中提供了两种粗细的镍铬合金丝，两种粗细的康铜丝，长度均不受限制。第一组：研究0.2mm粗细，长度分别为25cm和50cm康铜丝0.2mm康铜丝25cmU/VI/A50cmU/VI/A横坐标表2第二组：研究0.4mm粗细，长度分别为25cm和50cm康铜丝0.4mm康铜丝25cmU/VI/A横坐标50cmU/VI/A横坐标表3第三组：研究0.2mm粗细，长度为25cm和50cm镍铬合金丝0.2mm镍铬合金丝25cmU/VI/A50cmU/VI/A横坐标表4第四组：研究0.4mm粗细，长度为25cm和50cm镍铬合金丝0.4mm镍铬合金丝25cmU/VI/A横坐标50cmU/VI/A横坐标表5数据处理：图13结论：不同的金属的电阻率跟材料有关参考数据：镍铬合金的电阻率为1.0×10康铜丝的电阻率为1.7×10误差分析：系统误差1、电阻测量时，因为电表均不是理想电表2、因为电流的热效应。偶然误差3、测量接入电路中的长度和电阻丝直径4、电表的读数。实验总结：如何测量电阻率学生相互讨论，以小组为单位，回答问题1、2、3。10分度和20分度的游标卡尺，观看“利用橡皮筋显示等比例缩小”，展示错位放大的原理。拓展到50分度也是同样的道理，并说明50分度的有标尺的表示细微变化。设计学生竞答环节，练习使用，并调动气氛。同上学生动手操作，在实践中观察电流表的两种接法，在实践中分析先择电流表外接。问题5：研究影响电阻率的影响因素。如何尽量减小电流的热效应对金属丝电阻率的影响。综上所述：从整体的角度，设计规划实验电路。根据各自小组配备的实验器材，理清实验操作的思路。测量接入电路的有效长度和金属丝直径。按照电路图连接实物，正确连接，正确操作。小组合作对数据进行处理。比对实验结果和参考数据之间的差异，并能进行正确的误差分析。问题1：是从电阻定律变形得到的。问题2、问题3：均是从原理出发设计的问题。在问题中涉及仪器的选择和使用。采用引导和启发式的教学方式，发展学生的逻辑思维能力。问题4是让学生的理论知识和实际操作之间产生矛盾，激发学生学习的兴趣，培养学生的批判思维。也是为后面的实验误差分析做好铺垫。问题5：由于电阻率的影响因素之一“温度”，在实验中一定要尽量做到即测即断，同时还应让电阻丝的电压、电流尽量小，减小电流热效应。发展学生的高阶思维。也是为后面的实验误差分析做好铺垫。利用GGB软件，动态演示分压式和限流式电路，激发学生的求知欲。研究电阻丝两端电压或者流经电流的大小变化，锻炼学生的逻辑思维能力。给学生提供动手操作的机会，在实际操作中，培养学生的动手实践能力，提高学生的安全意识。通过对数据的处理，培养学生严谨的科学态度，追求实事求是，能在实践中培养学生核心素养。课堂小结1、根据电阻定律，变形找到电阻率测量的原理。2、根据原理，测量相应的物理量3、根据实际情况，设计实验电路，正确连接电路4、实验的数据分析、误差分析学生总结板书六、教学反思教学后记六、教学反思教学后记教