人教版 (2019)必修第三冊3 實(shí)驗(yàn)：導(dǎo)體電阻率的測量教案設(shè)計(jì)-教案下載-教習(xí)網(wǎng)

課程基本信息課題實(shí)驗(yàn)：金屬絲電阻率的測量教科書書名：物理必修（第三冊）出版社：人民教育出版社教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo)：1. 理解測量電阻率的實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)方法。2. 通過分組實(shí)驗(yàn)，學(xué)會(huì)測量導(dǎo)體的電阻率。3. 通過使用游標(biāo)卡尺或螺旋測微器測量長度、以及測量電阻等過程，進(jìn)一步形成自覺遵守實(shí)驗(yàn)操作規(guī)程和謹(jǐn)慎操作的習(xí)慣。教學(xué)重點(diǎn)：1. 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路，電表量程的選擇，測量電路的設(shè)計(jì)以及控制電路的設(shè)計(jì)2. 根據(jù)原理圖連接實(shí)物電路3.長度測量工具的使用以及讀數(shù)4.根據(jù)U-I圖像求電阻絲的電阻教學(xué)難點(diǎn)：1. 測量電路設(shè)計(jì)和控制電路設(shè)計(jì)2. 根據(jù)原理圖連接實(shí)物電路教學(xué)過程時(shí)間教學(xué)環(huán)節(jié)主要師生活動(dòng)2分鐘 12分鐘 3分鐘 3分鐘環(huán)節(jié)一：明確實(shí)驗(yàn)原理環(huán)節(jié)二：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案環(huán)節(jié)三：進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù) 環(huán)節(jié)四：數(shù)據(jù)分析環(huán)節(jié)一：明確實(shí)驗(yàn)原理【問題】要想測量導(dǎo)體的電阻率，請同學(xué)們思考如下兩個(gè)問題：（1）測量金屬絲的電阻率依據(jù)的物理規(guī)律是什么？（2）需要測定哪些物理量？【老師】根據(jù)上述兩個(gè)問題，我們明確實(shí)驗(yàn)原理。我們剛學(xué)習(xí)了導(dǎo)體的電阻R與它的長度l成正比，與它的橫截面積S成反比，導(dǎo)體電阻還與電阻率有關(guān)，寫成表達(dá)式為，導(dǎo)體的橫截面積不能直接測量，可以通過測量直徑d得到，即，從而可以得到導(dǎo)體的電阻率。根據(jù)表達(dá)式可知，只需要測量電阻絲的電阻R、直徑d和電阻絲有效長度l，就可測出金屬絲的電阻率。環(huán)節(jié)二：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案給同學(xué)們提供如下實(shí)驗(yàn)器材，請同學(xué)們從中選擇合適的器材，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，并完成實(shí)驗(yàn)。電流表A1:0~0.6 A量程,內(nèi)阻約為0.125 Ω;電流表A2:0~3 A量程,內(nèi)阻約為0.025 Ω;電壓表V1:0~3 V量程,內(nèi)阻約為3 kΩ;電壓表V2:0~15 V量程,內(nèi)阻約為15 kΩ;電源電壓約為3 V,滑動(dòng)變阻器最大值5 Ω;待測金屬絲的總電阻約為10 Ω;一個(gè)開關(guān)和若干導(dǎo)線;測量長度的工具:毫米刻度尺、游標(biāo)卡尺和螺旋測微器。1.長度的測量本實(shí)驗(yàn)需要測量接入電路中電阻絲的有效長度l和電阻絲的直徑d，實(shí)驗(yàn)提供了毫米刻度尺、游標(biāo)卡尺和螺旋測微器三種測量工具。測量工具的選擇既要考慮使用的方便，也要考慮測量誤差的大小，我們分別進(jìn)行選擇。【問題1】測量電阻絲的有效長度l要選用哪種測量工具？【學(xué)生】電阻絲總長度為幾十厘米，所以應(yīng)選用毫米刻度尺，注意刻度尺的分度值為1mm，讀數(shù)時(shí)可讀到0.1mm。【問題2】測量電阻絲的直徑d要選用哪種測量工具？因?yàn)殡娮杞z比較細(xì)，所以直接用刻度尺測量就會(huì)產(chǎn)生比較大的誤差，提供如下2種方案可選。方案1：用刻度尺測量電阻絲的直徑如圖所示，取一段電阻絲，在圓柱形物體上緊密纏繞，用刻度尺測量出總寬度，再除以圈數(shù)，通過累積法提高測量的準(zhǔn)確度。方案2：用游標(biāo)卡尺或螺旋測微器測量電阻絲的直徑。【學(xué)生】為了測量方便和減小誤差，選用螺旋測微器進(jìn)行測量，注意其分度值為0.01mm，可讀到0.001mm。2. 電阻絲電阻的測量初中我們就學(xué)過使用伏安法測量導(dǎo)體的電阻，需要測量電壓和電流兩個(gè)物理量，那么就要選擇合適量程的電壓表和電流表，所以第一步，選擇電表量程。【問題1】為了盡可能準(zhǔn)確地測量電流和電壓，電流表和電壓表應(yīng)該選擇什么量程？【學(xué)生】電源電壓約3V，因此電壓表選擇0~3V量程，由于待測電阻絲阻值大約為10Ω，電路中最大電流約為3除以10，大約為0.3A，因此電流表選擇0~0.6A量程。第二步設(shè)計(jì)測量電路，用伏安法測量電阻的電路有兩種，一種是電流表內(nèi)接法，另一種是電流表外接法。之前的學(xué)習(xí)我們知道，電壓表和電流表都不是理想電表，由于電壓表和電流表內(nèi)阻的影響，兩種測量電路都存在系統(tǒng)誤差。我們分別對其進(jìn)行分析，然后選擇本實(shí)驗(yàn)選用的測量電路。電流表內(nèi)接法：根據(jù)電路圖可知，電流表測量流過電阻Rx電流，是準(zhǔn)確的，電壓表測量的是電流表和電阻Rx兩端電壓之和，那么電壓表測量值偏大，產(chǎn)生誤差的原因是電流表分壓。 R測為虛線框中電流表和電阻Rx串聯(lián)的總電阻。計(jì)算相對誤差：根據(jù)相對誤差可知，對于確定的電流表，待測電阻Rx阻值越大，相對誤差就越小，電流表內(nèi)接法適合測量阻值較大的電阻。電流表外接法：根據(jù)電路圖可知，電壓表測量電阻Rx兩端電壓，是準(zhǔn)確的，電流表測量的是流過電壓表和電阻Rx總電流，電流表測量值偏大，產(chǎn)生誤差原因是電壓表分流。 R測為虛線框中電壓表和電阻Rx并聯(lián)的總電阻計(jì)算相對誤差：根據(jù)相對誤差可知，對于確定的電壓表，待測電阻Rx阻值越小，相對誤差酒越小，電流表外接法適合測量阻值較小的電阻。【問題2】本實(shí)驗(yàn)電流表采用內(nèi)接法還是外接法？請同學(xué)們根據(jù)實(shí)驗(yàn)器材中的數(shù)據(jù)分別計(jì)算兩種接法的誤差，并進(jìn)行選擇。【學(xué)生】電流表內(nèi)接法：電流表外接法：根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，外接法相對誤差較小，所以測量電路選擇電流表外接法。第三步是控制電路的選擇。實(shí)驗(yàn)中要測量多組電壓和電流值，通過U-I圖像求得電阻R，那么就需要滑動(dòng)變阻器來控制電路中電壓和電流的變化，滑動(dòng)變阻器在電路中的連接方式有兩種：分壓式和限流式。【問題3】為調(diào)節(jié)方便，盡可能測量多組數(shù)據(jù)，滑動(dòng)變阻器采用分壓式接法還是限流式接法？【學(xué)生】滑動(dòng)變阻器最大阻值跟待測電阻相差不多，如果選用限流式接法，滑動(dòng)變阻器和電阻絲串聯(lián)，提供的電壓可調(diào)節(jié)范圍；如果選用分壓式接法，可提供電壓調(diào)節(jié)范圍大約為，都可以滿足實(shí)驗(yàn)采集6~8組數(shù)據(jù)，考慮到分壓式接法調(diào)節(jié)范圍大，數(shù)據(jù)點(diǎn)可以更分散一些，本實(shí)驗(yàn)選用分壓式接法。【問題4】請?jiān)诩埳袭嫵鰧?shí)驗(yàn)電路圖，并指出電流表和電壓表的正負(fù)接線柱，說明滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)該放在哪端。【學(xué)生】電路圖如圖所示，電流表采用外接法，滑動(dòng)變阻器采用分壓式接法，電流從電表的正接線柱流入，負(fù)接線柱流出?；瑒?dòng)變阻器的滑片應(yīng)放在a端。環(huán)節(jié)三：進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)第一步：根據(jù)原理連接實(shí)物圖根據(jù)原理圖連接實(shí)物圖：先連接下面的控制電路，導(dǎo)線從電源正極出發(fā)，通過開關(guān)，再通過滑動(dòng)變阻器，滑動(dòng)變阻器連接下面兩腳，最后回到電源的負(fù)極。再連接上面的測量電路，讓電流從電流表的正接線柱流入，從負(fù)接線柱流出，流過電阻絲回到負(fù)極，最后將電壓表并聯(lián)在電阻絲上。注意將滑動(dòng)變阻器的滑片放在最左端。第二步：測量電阻絲有效長度l：用毫米刻度尺測量接入電路中被測電阻絲的有效長度，測量3次，將數(shù)據(jù)記錄在表格中，并求得有效長度的平均值。第三步：測量電阻絲直徑d用螺旋測微器在被測電阻絲不同位置測量3次，將數(shù)據(jù)記錄在表格中，求得直徑的平均值。第四步：測量電阻絲的電阻R。閉合開關(guān)，改變滑片位置，測量6組電壓和電流，將數(shù)據(jù)記錄在表格中。選取合適的橫縱坐標(biāo)，描點(diǎn)并擬合成一條直線，做出U-I圖像，如圖所示。在圖像上選取較遠(yuǎn)的AB兩個(gè)點(diǎn)，A點(diǎn)坐標(biāo)為(0.13A,0.90V)，B點(diǎn)坐標(biāo)為(0.29A,2.00V)，求出斜率即為電阻絲的電阻R=6.9Ω。環(huán)節(jié)四：數(shù)據(jù)分析將測得的電阻絲有效長度l、電阻絲直徑d、電阻絲的電阻R代入公式，計(jì)算出被測電阻絲的電阻率。三個(gè)物理量都用國際單位表示，分別為l=0.5647m，d=0.397×10-3m，R=6.9Ω代入到表達(dá)式中可得電阻率ρ=1.5×10-6 Ω·m本實(shí)驗(yàn)使用的金屬絲為鐵鉻鋁絲，其電阻率參考值為ρ=1.4×10-6 Ω·m，計(jì)算相對誤差為7.1%在實(shí)驗(yàn)過程中，除了測量電阻絲電阻R、直徑d和有效長度l產(chǎn)生誤差外，由于電阻絲通電后會(huì)升溫，導(dǎo)致電阻率變大，也會(huì)產(chǎn)生測量誤差。例題：在用電壓表和電流表測量某種金屬絲的電阻率時(shí)，用刻度尺測得金屬絲長度為60 cm，用螺旋測微器測得金屬絲的直徑為0.635 mm，兩電表的示數(shù)分別如圖所示（電壓表量程0~3 V，電流表量程0~0.6 A）。請計(jì)算，該金屬絲的電阻率是多少?首先整理本實(shí)驗(yàn)可直接測量的物理量：電壓表讀數(shù)： U=1.20V 電流表讀數(shù)： I=0.50A金屬絲長度：l=60 cm=0.60 m金屬絲直徑：d=0.635 mm=6.35×10-4 m再計(jì)算得到間接測量的物理量：代入表達(dá)式可得電阻率：= 1.3×10-6 Ω·m答：該金屬絲的電阻率是1.3×10-6 Ω·m

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