資源簡介

3.6《科學測量：金屬絲的電阻率》課時教案
學科 物理 年級冊別 高二上冊 共1課時
教材 魯科版高中物理必修第三冊 授課類型 實驗探究課 第1課時
教材分析
教材分析
本節內容位于魯科版高中物理必修第三冊第三章“恒定電流”的第六節，是電學實驗的重要組成部分。教材通過引導學生測量金屬絲的電阻率，將歐姆定律、電阻定律與實驗操作緊密結合，體現了“從理論到實踐”的科學探究路徑。本節不僅鞏固了學生對電阻與材料、長度、橫截面積關系的理解，還培養了學生使用螺旋測微器、游標卡尺、電流表、電壓表等儀器的技能，為后續學習電學實驗打下堅實基礎。
學情分析
高二學生已掌握歐姆定律和電阻定律的基本公式，具備一定的電路連接能力，但對精密測量儀器（如螺旋測微器）的操作仍不熟練，容易因讀數錯誤導致實驗誤差。此外，學生在實驗設計、數據處理和誤差分析方面經驗不足，常忽視系統誤差與偶然誤差的區別。針對這些問題，教學中應強化儀器使用示范，設計分層任務引導學生自主探究，并通過小組合作提升數據處理能力，幫助學生建立科學的實驗思維。
課時教學目標
物理觀念
1. 理解電阻率是反映材料導電性能的物理量，掌握其定義式 ρ = R·S/L，并能結合實驗數據進行計算。
2. 認識金屬絲電阻與其長度、橫截面積的關系，理解電阻定律在實驗中的應用。
科學思維
1. 能根據實驗目的設計合理的電路圖，選擇合適的測量工具和方法，體現邏輯推理與模型建構能力。
2. 能對實驗數據進行分析，識別誤差來源，提出改進措施，發展批判性思維與問題解決能力。
科學探究
1. 經歷“提出問題—設計方案—實驗操作—數據分析—得出結論”的完整探究過程，提升實驗設計與操作能力。
2. 學會使用伏安法測電阻，正確連接電路，規范使用螺旋測微器測量直徑，掌握多次測量取平均值減小誤差的方法。
科學態度與責任
1. 在實驗中養成嚴謹求實的科學態度，尊重實驗數據，不隨意篡改結果。
2. 增強團隊協作意識，在小組合作中分工明確、相互配合，共同完成實驗任務。
教學重點、難點
重點
1. 掌握伏安法測電阻的基本原理與電路連接方法。
2. 正確使用螺旋測微器測量金屬絲直徑，理解其讀數規則。
難點
1. 準確測量金屬絲的微小直徑并計算橫截面積，避免讀數誤差。
2. 分析實驗中的系統誤差（如電表內阻影響）與偶然誤差（如接觸不良），提出有效減小誤差的策略。
教學方法與準備
教學方法
情境探究法、合作探究法、講授法、實驗法
教具準備
金屬絲樣品、直流電源、電流表、電壓表、滑動變阻器、開關、導線、螺旋測微器、游標卡尺、米尺、實驗記錄表
教學環節 教師活動 學生活動
情境導入
【5分鐘】 一、創設真實情境，激發探究興趣 （一）、展示生活實例，引出核心問題
教師手持一段銅導線和一段鐵絲，提問：“同學們，我們在家庭電路中常用銅線作為導線，而不用鐵絲，這是為什么？”引導學生思考不同材料的導電性能差異。接著播放一段視頻：電工在更換老舊電線時，發現某些線路發熱嚴重，甚至引發火災。教師追問：“為什么有些線路更容易發熱？這與導體的什么性質有關？”
通過層層設問，引導學生意識到導體的“電阻率”是決定其導電能力的關鍵因素。教師順勢提出本節課的任務：“今天，我們就化身‘材料檢測員’，來科學測量一段未知金屬絲的電阻率，判斷它是否適合用于家庭電路。”
（二）、回顧理論基礎，建立知識橋梁
教師在黑板上寫出電阻定律公式：R = ρ·L/S，提問：“這個公式中，R、L、S分別代表什么？ρ又是什么物理量？”引導學生回憶：R是電阻，L是長度，S是橫截面積，ρ是電阻率，表示材料本身的導電特性。
進一步提問：“如果我們想測量ρ，需要知道哪些物理量？如何測量？”學生回答后，教師總結：“我們需要測量金屬絲的電阻R、長度L和橫截面積S。其中S = πd /4，因此關鍵在于精確測量直徑d。”
過渡語：“測量長度我們可以用尺子，測量電阻可以用伏安法，但直徑只有零點幾毫米，普通尺子顯然不行——這就需要一種精密儀器：螺旋測微器。” 1. 觀察實物，思考不同材料導電性的差異。
2. 觀看視頻，聯系生活實際理解電阻率的重要性。
3. 回憶電阻定律，明確測量電阻率所需的物理量。
4. 明確實驗任務，進入“材料檢測員”角色。
評價任務 理解電阻率概念：☆☆☆
明確實驗目標：☆☆☆
建立探究動機：☆☆☆
設計意圖 通過生活實例和安全隱患視頻，創設真實問題情境，激發學生探究興趣；以“材料檢測員”角色代入，增強學習代入感；通過復習電阻定律，自然引出實驗所需測量的物理量，為后續實驗設計做好知識鋪墊。
新知講授與示范
【10分鐘】 一、認識并規范使用螺旋測微器 （一）、結構講解與讀數原理演示
教師出示螺旋測微器實物，并通過投影放大展示其結構：固定套筒、可動刻度盤、測砧、測微螺桿、棘輪旋鈕等。講解其工作原理：利用螺紋的旋轉運動轉化為直線位移，精度可達0.01mm。
重點講解讀數方法：先讀固定套筒上的毫米整數部分（注意半毫米刻線是否露出），再讀可動刻度盤上與基準線對齊的刻度（估讀到0.001mm）。例如，若固定套筒讀數為2.5mm，可動刻度為20.3格，則總讀數為2.5 + 0.203 = 2.703mm。
（二）、現場操作示范與常見錯誤警示
教師現場演示測量金屬絲的過程：將金屬絲輕輕夾在測砧與測微螺桿之間，旋轉棘輪旋鈕直至發出“咔咔”聲，表示壓力適中，避免壓損樣品或讀數偏大。
強調三點注意事項：① 使用前需進行零點校正；② 讀數時視線要垂直于刻度盤；③ 多次測量不同位置取平均值以減小局部不均勻帶來的誤差。
隨后播放一段常見錯誤操作視頻（如用力過猛、未用棘輪、讀數視角傾斜），引導學生指出錯誤并說明后果。
二、伏安法測電阻電路設計指導 （一）、電路選擇與誤差分析
教師提問：“我們如何測量金屬絲的電阻R？”引導學生回憶伏安法。出示兩種電路圖：電流表內接法與外接法。
設問：“由于金屬絲電阻較小（通常幾歐姆），而電壓表內阻很大，電流表內阻較小，應選用哪種接法？”引導學生分析：若采用內接法，電流表分壓會導致電壓測量值偏大，從而R測 > R真；而外接法中電壓表分流影響較小，更適合小電阻測量。
最終確定采用電流表外接法，并在黑板上繪制標準電路圖：電源、開關、滑動變阻器（限流式接法）、金屬絲、電流表串聯，電壓表并聯在金屬絲兩端。 1. 觀察螺旋測微器結構，理解其工作原理。
2. 學習讀數方法，嘗試模擬讀數練習。
3. 觀看教師示范，掌握正確操作流程。
4. 分析電路圖，理解內外接法的選擇依據。
評價任務 掌握讀數方法：☆☆☆
規范操作流程：☆☆☆
理解電路選擇：☆☆☆
設計意圖 通過實物展示與動態演示，幫助學生直觀理解螺旋測微器的精密結構與讀數規則；結合錯誤案例強化規范意識；通過對比分析伏安法兩種接法的誤差來源，培養學生科學選擇實驗方案的能力，體現“知其然更知其所以然”的教學理念。
實驗探究
【20分鐘】 一、分組實驗：測量金屬絲電阻率 （一）、明確任務分工，發放實驗器材
教師將全班分為8個小組，每組4人，指定組長、記錄員、操作員、數據核查員。發放實驗任務單，內容包括：測量金屬絲長度L（用米尺測三次取平均）、直徑d（用螺旋測微器在不同位置測6次取平均）、電壓U與電流I（調節滑動變阻器改變電壓，記錄5組數據）。
強調實驗紀律：輕拿輕放儀器，接線前斷開電源，檢查電路無誤后再通電，實驗結束后整理器材。
（二）、巡視指導，及時糾偏
教師在學生實驗過程中巡回指導，重點關注以下環節：
1. 螺旋測微器使用是否規范，是否存在未用棘輪直接旋轉套筒的情況；
2. 電路連接是否正確，特別是電流表外接法是否落實，正負極是否接反；
3. 數據記錄是否及時、完整，單位是否標注；
4. 是否出現接觸不良導致電表示數跳動的現象。
對于典型問題，教師暫停全體實驗，進行集中提醒。例如：“剛才發現有小組電壓表并聯在了金屬絲與電流表整體兩端，這樣測的是總電壓，包含了電流表分壓，請立即改正。”
（三）、數據處理與初步分析
待各組完成數據采集后，教師引導學生進行數據處理：
1. 計算平均直徑 d = (d +d +…+d )/6，進而計算橫截面積 S = π(d /2) ；
2. 利用每組U、I數據計算電阻 R = U /I ，再求平均值 R ；
3. 代入公式 ρ = R ·S/L，計算電阻率。
教師提供標準參考值（如銅：1.68×10 Ω·m），讓學生對比自己的測量結果。 1. 小組分工合作，有序開展實驗操作。
2. 規范使用儀器，準確測量各項數據。
3. 正確連接電路，安全完成電學測量。
4. 整理數據，計算電阻率并與標準值比較。
評價任務 操作規范：☆☆☆
數據真實：☆☆☆
計算準確：☆☆☆
設計意圖 通過小組合作實現全員參與，培養團隊協作能力；設置多層次測量任務（長度、直徑、電壓電流），強化學生對實驗細節的關注；教師全程巡視，及時發現并糾正操作誤區，確保實驗科學性；引導學生經歷完整的數據處理流程，提升量化分析能力。
交流評價
【6分鐘】 一、成果展示與誤差分析 （一）、小組匯報實驗結果
邀請三組代表上臺展示實驗數據與計算結果，說明測量過程中的注意事項及遇到的問題。例如：“我們組測得直徑平均為0.52mm，長度為50.00cm，測得電阻約為1.2Ω，計算得ρ≈1.97×10 Ω·m，略高于銅的標準值。”
其他小組可補充或質疑：“你們有沒有檢查螺旋測微器的零點？如果初始讀數為+0.01mm，未校正會導致直徑偏大，S偏大，ρ偏大。”
（二）、系統總結誤差來源
教師歸納常見誤差類型：
1. 偶然誤差：讀數估讀不準、接觸電阻波動、環境溫度變化；
2. 系統誤差：螺旋測微器未校零、電壓表內阻非無窮大導致分流、金屬絲非完全均勻等。
提出改進建議：采用四線制測量法消除接觸電阻影響、使用數字萬用表提高精度、控制實驗溫度等。
引用物理學家開爾文勛爵名言：“當你能測量你所說的事物并用數字表達它時，你才真正了解了它。”強調精確測量在科學研究中的核心地位。 1. 傾聽他人匯報，學習他人經驗。
2. 參與討論，提出質疑或補充意見。
3. 理解誤差來源，反思自身實驗過程。
4. 領悟科學測量的嚴謹性與重要性。
評價任務 表達清晰：☆☆☆
分析深入：☆☆☆
反思有效：☆☆☆
設計意圖 通過成果展示促進生生互動，提升表達與批判性思維能力；引導學生從現象到本質分析誤差，深化對實驗原理的理解；引用科學名言升華主題，增強學生的科學精神與責任感。
課堂總結
【4分鐘】 一、結構化回顧與升華 （一）、知識脈絡梳理
今天我們經歷了一場完整的科學測量之旅：從生活問題出發，明確了測量電阻率的目標；通過復習電阻定律，確定了需要測量的三個物理量；學會了使用螺旋測微器這一精密工具測量微小直徑；設計并搭建了伏安法電路來測量電阻；最后通過數據處理得出了結果，并分析了誤差來源。
這不僅是物理知識的應用，更是一次科學探究的實踐。我們像真正的科研人員一樣，提出了問題，設計方案，動手操作，分析數據，得出結論。
（二）、情感態度升華
愛因斯坦曾說：“想象力比知識更重要。”但我們也必須知道，沒有精確的測量，再偉大的想象也無法落地。每一次毫米級的讀數，每一度電壓的調節，都是我們向真理靠近的腳步。希望同學們在未來的學習中，繼續保持這份嚴謹與好奇，用科學的眼睛觀察世界，用實驗的手去驗證猜想。也許有一天，你們中會有人發現一種新型導體，改變人類的用電方式——而這一切，始于今天這一根小小的金屬絲。 1. 回顧實驗流程，構建知識體系。
2. 感受科學探究的魅力。
3. 接受科學精神的熏陶。
4. 樹立未來探索的志向。
評價任務 知識掌握：☆☆☆
情感共鳴：☆☆☆
價值認同：☆☆☆
設計意圖 采用“結構化總結+激勵性升華”相結合的方式，既幫助學生系統梳理知識脈絡，又通過名人名言與未來展望激發學生對科學的熱愛，實現知識、能力與情感的三維統一。
作業設計
一、實驗報告完善
請根據課堂實驗數據，撰寫完整的實驗報告，包含以下內容：
1. 實驗目的：測量金屬絲的電阻率。
2. 實驗原理：寫出電阻定律公式 R = ρL/S，并推導出 ρ = R·S/L。
3. 實驗器材：列出所用儀器名稱。
4. 實驗步驟：簡要描述測量L、d、U、I的過程。
5. 數據記錄與處理：制作表格記錄原始數據，計算d 、S、R ，最終求出ρ。
6. 誤差分析：分析可能的誤差來源，并提出改進建議。
二、拓展思考題
1. 若改用內接法測量該金屬絲電阻，測量值會偏大還是偏小？請結合電路圖說明原因。
2. 已知銅在20℃時的電阻率為1.68×10 Ω·m，若將金屬絲加熱，其電阻率將如何變化？為什么？
3. 查閱資料，了解超導體的電阻率特點，并舉例說明其在現實生活中的應用（如磁懸浮列車）。
【答案解析】
一、實驗報告完善
參考要點：
- 原理部分需寫出公式推導過程。
- 數據處理中注意單位統一（如mm換算為m）。
- 誤差分析應區分系統誤差與偶然誤差。
二、拓展思考題
1. 內接法會導致測量值偏大，因為電流表分壓，使得電壓表讀數大于金屬絲兩端真實電壓。
2. 加熱后電阻率增大，因溫度升高導致金屬內部自由電子熱運動加劇，碰撞頻率增加，阻礙導電。
3. 超導體電阻率為零，可用于制造強磁場、無損耗輸電、高速磁懸浮等。
板書設計
科學測量：金屬絲的電阻率
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一、實驗原理
R = ρL/S → ρ = R·S/L
S = πd /4
二、測量物理量
1. 長度 L —— 米尺（多次測量取平均）
2. 直徑 d —— 螺旋測微器（6次測量取平均）
3. 電阻 R —— 伏安法（外接法）
三、電路圖（簡圖）
[電源]—[開關]—[滑動變阻器]—[電流表]—[金屬絲]—[電源]
　　　　　　　　↑　　　　　↓
　　　　　　[電壓表]
四、誤差分析
● 偶然誤差：讀數、接觸、溫度
● 系統誤差：未校零、電表內阻、材料不均
教學反思
成功之處
1. 通過生活情境導入，有效激發了學生的學習興趣和探究欲望，角色代入感強。
2. 對螺旋測微器的操作進行了細致示范與錯誤警示，多數學生能規范完成測量任務。
3. 小組合作分工明確，實驗過程井然有序，體現了良好的課堂組織能力。
不足之處
1. 個別小組在電路連接時仍出現電壓表接錯位置的問題，說明部分學生對“外接法”理解不夠深入。
2. 時間分配略顯緊張，部分小組未能充分進行誤差分析討論。
3. 對于數據處理中單位換算的強調不夠，少數學生計算結果數量級錯誤。
改進方向：可在實驗前增加電路連接的模擬練習環節；預留更多時間用于深度交流；強化單位換算的專項訓練。

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