資源簡介

3.3 《測金屬絲的電阻率》課時教案
學科 物理 年級冊別 高二上冊 共1課時
教材 粵教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
本節內容位于粵教版高中物理必修第三冊第三章“電路及其應用”的第三節，是電學實驗中的基礎性測量實驗之一。教材通過引導學生測量金屬絲的電阻率，幫助學生理解電阻定律的物理內涵，掌握伏安法測電阻的基本原理與操作技能。本實驗融合了電路連接、儀器讀數、數據處理和誤差分析等多個核心知識點，是理論聯系實際的重要載體。同時，該實驗為后續學習電表改裝、非線性元件特性等打下堅實基礎，在整個電學實驗體系中具有承上啟下的作用。
學情分析
高二學生已具備歐姆定律、電阻定律、串并聯電路等基礎知識，掌握了基本電學儀器如電流表、電壓表、滑動變阻器的使用方法，具備初步的實驗操作能力。但部分學生對實驗設計的邏輯性理解不深，容易機械套用電路圖而忽視原理本質；在數據記錄與處理方面存在隨意性，缺乏科學規范意識。此外，學生動手能力差異較大，個別學生面對復雜接線易產生畏難情緒。因此，教學中需強化原理剖析，采用情境驅動與合作探究相結合的方式，提升學生的實驗設計能力和科學探究素養。
課時教學目標
物理觀念
1. 理解電阻定律的表達式 R = ρL/S，明確電阻率ρ是反映材料導電性能的物理量，與材料種類有關，與幾何尺寸無關。
2. 掌握用伏安法測量金屬絲電阻的基本原理，并能結合螺旋測微器和游標卡尺測量金屬絲的長度和直徑，進而計算其電阻率。
科學思維
1. 能根據實驗目的設計合理的電路圖，判斷電流表內接法與外接法的選擇依據，提升模型建構與邏輯推理能力。
2. 能通過多次測量獲取多組U-I數據，繪制圖像求斜率以減小偶然誤差，發展數據處理與圖像分析能力。
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，掌握控制變量法的應用。
2. 在小組合作中完成儀器調試、電路連接、數據采集等任務，提升實驗操作技能與團隊協作能力。
科學態度與責任
1. 養成實事求是的科學態度，在實驗中規范操作、準確記錄，尊重原始數據。
2. 認識到精確測量在工程技術中的重要價值，增強嚴謹治學的責任意識。
教學重點、難點
重點
1. 掌握伏安法測電阻的原理及電路連接方法。
2. 正確使用螺旋測微器和游標卡尺測量金屬絲的直徑與長度。
難點
1. 判斷電流表內接法與外接法的適用條件，理解系統誤差來源。
2. 運用圖像法處理U-I數據，準確計算電阻值并評估實驗誤差。
教學方法與準備
教學方法
情境探究法、合作探究法、講授法
教具準備
直流電源、待測金屬絲（鎳鉻合金）、電流表、電壓表、滑動變阻器、開關、導線若干、螺旋測微器、游標卡尺、米尺、多媒體課件
教學環節 教師活動 學生活動
創設情境，導入新課
【5分鐘】 一、真實問題引入：為何高鐵軌道不用銅制？ （一）、播放視頻片段并設疑：
教師播放一段高鐵運行的高清視頻，畫面聚焦于鐵軌與供電接觸網。隨后展示兩段材質不同的導線：一段為粗銅線，另一段為細鎳鉻絲。提問：“同學們觀察這兩根導線，如果要將它們用于長距離輸電或作為精密儀器中的電阻元件，我們應如何選擇？僅僅看粗細長短就夠了嗎？”
緊接著，教師講述一個真實案例：“某地曾嘗試用銅軌替代鋼軌以減少摩擦損耗，結果發現成本極高且強度不足。其實，除了機械性能，導電性能也是一個關鍵指標。那么，怎樣科學地衡量一種材料的導電能力呢？今天我們就要通過實驗來揭開這個秘密。”
（二）、回顧舊知，引出核心概念：
教師板書公式 R = ρL/S，并引導學生回憶電阻定律的內容。強調：“R由三個因素決定——材料本身（ρ）、長度（L）和橫截面積（S）。其中，ρ就是我們要研究的‘電阻率’，它是材料本身的屬性，就像密度一樣具有唯一性。”
過渡語：“如果我們想知道一根未知金屬絲是什么材料做的，最直接的辦法就是測它的電阻率，然后對照標準值表進行比對。這正是工程師們常用的方法。今天我們就化身小小材料科學家，親手測定一段金屬絲的電阻率！” 1. 觀看視頻，思考材料選擇的依據。
2. 回憶電阻定律，理解電阻率的意義。
3. 明確實驗目的：測量金屬絲的電阻率。
4. 激發探究興趣，進入學習狀態。
評價任務 觀察能力：☆☆☆
概念理解：☆☆☆
問題意識：☆☆☆
設計意圖 通過高鐵工程實例創設真實問題情境，激發學生認知沖突，使抽象的“電阻率”概念具象化。借助生活化類比（如密度），幫助學生建立物理模型。從社會需求出發，凸顯實驗的現實意義，培養學生“物理源于生活、服務于工程”的科學價值觀。
原理剖析，方案設計
【10分鐘】 一、構建測量邏輯鏈：從ρ到R再到U、I （一）、逆向推導測量思路：
教師在黑板上寫出目標公式：ρ = RS/L。提問：“要想算出ρ，我們需要知道哪些物理量？”學生回答后，教師標注：S需通過直徑d計算（S=πd /4），L可用刻度尺測量，而R則需要通過實驗測得。
進一步追問：“如何測R？你能想到什么方法？”引導學生說出歐姆定律R=U/I，從而引出伏安法測電阻的核心原理。教師肯定回答，并補充：“這就是所謂的‘間接測量法’——我們無法直接讀出ρ，但可以通過測量其他可測物理量來推導它。”
（二）、討論電路設計：內接還是外接？
教師投影兩種基本電路圖：電流表內接法與外接法。提出問題：“在這兩個電路中，電壓表測量的是誰的電壓？電流表測的是誰的電流？是否存在誤差？”
組織小組討論3分鐘，要求每組寫出兩種接法的誤差來源。教師巡視指導，提示學生比較待測金屬絲電阻Rx與電表內阻的關系。隨后請代表發言，教師總結：
當Rx >> RA時，采用內接法；當Rx << RV時，采用外接法。給出估算示例：若金屬絲長約50cm，直徑約0.5mm，查表知鎳鉻合金ρ≈1.1×10 Ω·m，則R≈0.28Ω，遠小于電壓表內阻（通常幾千歐以上），故應選用外接法。
二、確定測量工具與步驟 （一）、講解長度與直徑測量方法：
教師拿出螺旋測微器和游標卡尺實物，邊演示邊講解使用方法。重點強調：
1. 螺旋測微器讀數規則：固定刻度 + 可動刻度 × 0.01mm，注意半毫米刻度是否露出；
2. 游標卡尺精度識別：10分度為0.1mm，20分度為0.05mm，50分度為0.02mm；
3. 多次測量取平均值的重要性，避免局部缺陷影響結果。
教師強調：“測量直徑時要在不同位置至少測三次，因為金屬絲可能存在微小不均勻。” 1. 參與討論，理清ρ的測量路徑。
2. 分析內外接法誤差，選擇合適電路。
3. 學習測量工具的正確使用方法。
4. 明確實驗步驟與注意事項。
評價任務 邏輯推理：☆☆☆
方案選擇：☆☆☆
工具認知：☆☆☆
設計意圖 通過逆向思維訓練，幫助學生構建完整的測量邏輯鏈條，強化“間接測量”的科學思想。設置認知沖突（內接vs外接），促使學生主動思考誤差來源，提升批判性思維能力。結合實物演示，突破測量工具使用的教學難點，為后續精準操作奠定基礎。
實驗操作，數據采集
【15分鐘】 一、分組實驗：動手實踐，采集數據 （一）、布置任務與分工：
教師宣布實驗開始，將全班分為8個小組，每組4人，明確角色分工：一人負責電路連接，一人操作電表讀數，一人記錄數據，一人監督安全與規范。發放實驗報告單，包含表格：L（m）、d /d /d （mm）、平均d（mm）、S（m ）、U（V）、I（A）、R（Ω）、ρ（Ω·m）。
教師強調安全紀律：“電源電壓不得超過3V，接線前務必斷開開關，確認無誤后再通電。滑動變阻器初始置于最大阻值處。”
（二）、指導電路連接：
教師巡視各組，重點檢查：
1. 是否采用電流表外接法；
2. 滑動變阻器是否接成分壓式（確保電壓可調范圍寬）；
3. 導線連接是否牢固，有無裸露銅絲交叉短路風險。
對于出現錯誤的小組，教師不直接糾正，而是反問：“你這樣接，電壓表測的是誰的電壓？電流有沒有分流？”引導學生自我發現。
（三）、指導測量與讀數：
教師示范螺旋測微器測量過程：輕輕旋轉棘輪直至發出“咔咔”聲，停止用力。提醒學生：“不要猛擰，否則會損壞儀器或導致測量偏大。”
要求每組改變滑動變阻器位置，記錄6組不同的U、I值。提醒讀數時視線垂直表盤，估讀到最小分度的下一位。例如，若電流表量程0.6A，分度值0.02A，則應讀到0.001A位。
教師隨機抽查一組數據，現場點評：“你們這組U=0.80V，I=0.34A，計算R≈2.35Ω，與其他組相比明顯偏大，可能是什么原因？”引導學生排查接觸不良或接線錯誤等問題。 1. 小組合作完成電路搭建。
2. 使用工具測量金屬絲尺寸。
3. 調節滑動變阻器，記錄多組U、I數據。
4. 規范填寫實驗報告單。
評價任務 操作規范：☆☆☆
數據真實：☆☆☆
團隊協作：☆☆☆
設計意圖 通過角色分工促進全員參與，培養團隊合作精神。教師采用“引導式糾錯”而非直接干預，保護學生探究主動性。強調安全細節與讀數規范，養成良好實驗習慣。設置異常數據反饋環節，培養學生的問題診斷能力，體現“做中學”的教育理念。
數據分析，得出結論
【10分鐘】 一、處理數據：從原始記錄到科學結論 （一）、計算電阻率：
教師引導學生先計算平均直徑 d = (d +d +d )/3，再代入 S = π(d/2) 計算橫截面積。注意單位換算：d由mm轉為m，即乘以10 。
接著，教師提問：“我們有6組U、I數據，該如何求R？”鼓勵多種方法：
方法一：逐組計算R=U/I，再取平均；
方法二：繪制U-I圖像，求斜率即為R。
教師重點推薦圖像法：“圖像法可以剔除明顯偏離的壞點，還能直觀反映線性關系是否成立，更能體現物理規律的本質。”
（二）、繪制U-I圖像：
教師在PPT上展示坐標紙模板，指導學生建立U為縱軸、I為橫軸的直角坐標系，標度合理，描點作圖。強調：“所有點大致分布在一條過原點的直線上，說明金屬絲在實驗條件下遵循歐姆定律。”
邀請一名學生上臺用電子白板繪制其小組的數據點，并擬合直線。教師點評：“這條直線的斜率k=ΔU/ΔI，就是該金屬絲的電阻R。”
最后，代入公式 ρ = RS/L，計算出電阻率數值。教師提醒：“注意科學記數法表達，保留兩位有效數字。”
二、誤差分析與交流 （一）、組織全班數據對比：
教師匯總各組測得的ρ值，投影顯示。提問：“為什么各組結果略有差異？哪些因素可能導致誤差？”
引導學生從以下角度分析：
1. 系統誤差：電壓表分流導致電流偏大，R偏小，ρ偏小；
2. 偶然誤差：長度測量不準、直徑測量位置偏差、讀數估讀誤差；
3. 環境因素：金屬絲發熱導致電阻增大。
教師總結：“任何實驗都有誤差，關鍵是識別它、分析它、盡量減小它。真正的科學家不是追求‘完美數據’，而是誠實面對‘真實數據’。” 1. 計算金屬絲的橫截面積。
2. 用圖像法求電阻R。
3. 計算電阻率ρ。
4. 參與誤差分析討論。
評價任務 數據處理：☆☆☆
圖像能力：☆☆☆
反思深度：☆☆☆
設計意圖 通過對比不同數據處理方法，突出圖像法的優勢，培養學生科學的數據分析能力。利用全班數據開展集體研討，營造開放的學術氛圍。引導學生區分系統誤差與偶然誤差，深化對實驗本質的理解。引用科學家對待誤差的態度，傳遞求真務實的科學精神。
課堂總結，升華主題
【5分鐘】 一、結構化總結與哲理升華 （一）、回顧知識主線：
教師帶領學生梳理本節課的知識脈絡：“我們從一個工程問題出發，明確了測量電阻率的目標；通過電阻定律，拆解出需要測量的物理量；選擇了伏安法測R，合理設計了電路；精準測量了幾何尺寸；采集并處理了實驗數據；最終得出了材料的電阻率，并進行了誤差分析。”
強調：“這不僅僅是一次實驗，更是一個完整的科學探究旅程。”
（二）、升華情感態度：
教師深情總結：“同學們，你們今天測出的每一個數據，都像一顆微小的火種。也許它的誤差有±5%，但它承載的是你們親手觸摸物理規律的真實體驗。居里夫人曾在實驗室中連續工作數十小時提煉鐳，她說：‘生活中最重要的是要有恒心，尤其是信心。’
我們雖未發現新元素，但我們用嚴謹的態度丈量世界，用理性的光芒照亮未知。希望你們記住今天的這份專注與堅持——因為它不僅是實驗成功的鑰匙，更是未來面對復雜世界時，屬于你們自己的‘內在電阻率’：穩定、堅韌、導電性強，能在時代的電流中持續發光。” 1. 跟隨教師回顧知識框架。
2. 理解實驗背后的科學精神。
3. 感受物理學習的價值意義。
4. 樹立嚴謹求實的學習態度。
評價任務 知識整合：☆☆☆
情感認同：☆☆☆
價值內化：☆☆☆
設計意圖 采用“結構化+激勵性”雙重總結方式，既鞏固知識體系，又提升情感價值。引用居里夫人的名言，將實驗精神與科學家品格相連。結尾用“內在電阻率”作比喻，巧妙呼應課題，賦予物理概念人文溫度，實現學科育人目標。
作業設計
一、實驗報告完善
1. 整理實驗數據，重新繪制U-I圖像（手繪于坐標紙上），標明坐標軸名稱、單位及刻度。
2. 計算斜率R，并列出詳細計算過程。
3. 查閱資料，寫出你所測金屬絲材料的標準電阻率值，計算相對誤差：
　　　相對誤差 = |測量值 - 標準值| / 標準值 × 100%
4. 分析本次實驗最主要的三項誤差來源，并提出改進建議。
二、拓展思考題
1. 若實驗中不慎將電流表內接，會導致測量結果偏大還是偏小？請結合公式推導說明。
2. 有人建議用千分尺代替螺旋測微器測量直徑，可行嗎？為什么？
3. 假設你要為一座橋梁設計避雷導線，需選用低電阻率材料，請列舉三種常見金屬材料按電阻率從小到大排序，并說明選擇理由。
【答案解析】
一、實驗報告完善
1. 圖像應為過原點的直線，斜率即為R。
2. 斜率k = ΔU / ΔI，注意單位統一。
3. 鎳鉻合金標準ρ ≈ 1.10×10 Ω·m，代入計算即可。
4. 主要誤差：電壓表分流（系統）、直徑測量偏差（偶然）、溫度變化（系統）。
改進：采用補償電路、多位置測直徑、快速測量減少發熱。
二、拓展思考題
1. 內接法會使電壓表測量值包含電流表壓降，導致U偏大，故R偏大，ρ偏大。
2. 不可行。“千分尺”即為螺旋測微器的別稱，兩者為同一儀器。
3. 排序：銀 < 銅 < 鋁；選銅因性價比高、延展性好、耐腐蝕。
板書設計
測金屬絲的電阻率
┌──────────────┐
│ 實驗目標：ρ = │
└──────────────┘
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┌──────────────┐
│ 依據：R = ρL/S → ρ = RS/L │
└──────────────┘
　　　　↓
├─ L：米尺測量（多次取均值）
├─ S：d → 螺旋測微器 → S=π(d/2)
└─ R：伏安法 → U-I圖像斜率
　　　　↓
┌─────────────────┐
│ 電路選擇：Rx小 → 外接法 │
│ 誤差分析：系統（電表）、偶然（讀數）│
└─────────────────┘
　　　　↓
科學精神：真實 · 嚴謹 · 堅持
教學反思
成功之處
1. 以高鐵軌道材料選擇為情境導入，貼近生活實際，有效激發學生探究動機，課堂參與度高。
2. 采用“引導式糾錯”策略，在學生操作中發現問題并通過提問促其自省，增強了自主探究能力。
3. 強調圖像法處理數據，并結合全班數據開展誤差分析討論，提升了學生的科學思維與批判意識。
不足之處
1. 個別小組因接線不熟練導致時間緊張，未能完成全部6組數據采集，今后可增加預演環節。
2. 對螺旋測微器的操作指導仍顯倉促，部分學生讀數存在估讀錯誤，需加強微技能專項訓練。
3. 拓展問題中關于材料排序的回答較單一，反映出學生課外知識儲備有限，應鼓勵課前查閱資料。

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