2.4 实验：测量金属的电阻率 教学设计 -2026-2027学年高二上学期物理教科版必修第三册

该高中物理教学设计聚焦“测量金属的电阻率”实验，整合螺旋测微器测量、伏安法测电阻、滑动变阻器接法、图像法数据处理四大模块。通过伏安法两种接法对比辨析系统误差，承接电阻定律等前序知识，搭建“误差辨析→电路选择→仪器读数→数据处理”的实验探究链条作为学习支架。 该资料以核心素养为特色，科学思维上通过伏安法内外接误差辩证分析、分压限流方案选择训练逻辑，科学探究上引导完整经历实验流程，科学态度上培养精密操作与团队协作。采用对比辨析讲授、分组实操等方法，如螺旋测微器分层读数、U-I图像斜率求电阻实例，助力学生提升实验能力，为教师提供系统教学资源。

教学设计 课程名称 实验：测量金属的电阻率 选用教材 高中物理教科版必修三 教学章节 第二章第四节 授课对象 高二学生 授课类型 新授课 授课学时 1课时（45分钟） 一、教学内容分析 本节课是综合定量探究实验，整合螺旋测微器长度测量、伏安法测电阻、滑动变阻器两种接法、图像法数据处理四大模块，承接电阻定律、限流分压电路理论知识，整体分为四大逻辑板块：第一板块依托伏安法两种接法电路图，区分电流表外接、内接电路，分别分析电压表分流、电流表分压带来的系统误差，说明两种接法测量值与真实电阻的偏差规律；第二板块借助分压限流对比电路图，对比两种变阻器调压范围，明确电压需要从零连续调节时选用分压电路；第三板块利用螺旋测微器刻度读数图，讲解仪器读数规则，获取金属导线直径，结合导线长度计算横截面积；第四板块依靠电压电流坐标图像图，将多组测量数据描点连线，用图线斜率表示电阻，减小单次测量偶然误差，最后结合电阻定律计算金属电阻率。完整搭建 “伏安法双电路电路图辨析测量误差→分压限流对比电路图合理选择变阻器接法→螺旋测微器读数图掌握导线直径测量→U-I 坐标图像图图像法处理实验数据” 的完整定量实验探究链条，全面锻炼长度、电学综合实验操作与数据处理能力。 二、学情分析 1. 知识基础 学生已经掌握电阻定律、限流分压电路特点、欧姆定律，会简单电表读数；但分不清伏安法两套电路误差来源，无法根据待测电阻大小选择内外接；螺旋测微器固定刻度、可动刻度读数容易漏读半毫米刻度；习惯单次计算电阻，不理解图像法能平均抵消偶然误差；不清楚金属导线通电升温会改变电阻率，实验需要控制通电时长。 2. 能力基础 学生具备单一电路识图能力，但综合长度测量、电路搭建、图像绘图的完整实验流程梳理能力薄弱；根据待测电阻阻值匹配伏安接法、变阻器接法的方案选择能力不足；螺旋测微器分层读数、U-I 图像描点求斜率的数据处理能力欠缺；分组协作完成多步骤定量实验的实操配合能力较差。 3. 思维基础 学生存在多处顽固认知误区：伏安法测量数值等于电阻真实值；螺旋测微器刻度均匀无需区分半毫米刻度；限流电路也能让被测元件电压从零调节；仅取一组 U、I 数据计算电阻精度最高；导线温度变化不会影响电阻测量结果。 三、教学目标 1. 物理观念 建立金属电阻率定量测量完整实验物理观念：金属导体电阻由材料、长度、横截面积共同决定，温度升高金属电阻率增大；伏安法两套电路因电表内阻存在固有系统误差；分压电路可实现电压从零连续调节，适配多组数据测量；多次测量绘制 U-I 图像，用斜率求电阻能够减小偶然误差；螺旋测微器可以精确测量金属导线直径，用于计算导线横截面积。 2. 科学思维 依托伏安法两种接法电路图建立分流分压误差辩证辨析思维；借助分压限流对比电路图建立实验需求匹配电路方案的选择思维；利用螺旋测微器刻度读数图建立固定、可动刻度分层数形读数思维；依靠电压电流坐标图像图建立图像平均化处理减小误差的数据处理思维，完整实现误差辨析、电路选型、仪器读数、图像数据处理链条思维训练。 3. 科学探究 观察伏安法两种接法电路图，分别说明外接、内接电路误差产生原因；看懂分压限流对比电路图，根据实验调压需求选择变阻器接入方式；分析螺旋测微器刻度读数图，规范读出金属导线直径；解读电压电流坐标图像图，描点连线后利用图线斜率计算电阻；完整经历 “伏安法双电路电路图辨析测量误差→分压限流对比电路图合理选择变阻器接法→螺旋测微器读数图掌握导线直径测量→U-I 坐标图像图图像法处理实验数据” 标准化定量实验探究流程。 4. 科学态度与责任 整套实验包含精密长度仪器、电学电路、图像绘图多步骤操作，培养严谨细致、步骤规范的定量实验习惯；金属导线通电升温会改变测量结果，引导学生控制通电时间，树立控制无关变量的实验设计思想；图像法处理多组数据减小偶然误差，体会多次测量取平均减小误差的科学方法；分组协作完成全套实验，锻炼分工配合、互相校验数据的团队协作能力。 四、教学重难点 重点 伏安法电流表内、外接电路误差分析，接法选择依据 分压电路搭建与操作，实现电压从零多次测量 螺旋测微器规范读数，金属导线直径测量 U-I 图像描点绘图，利用图线斜率计算电阻 难点 根据待测电阻、电表内阻大小判断伏安内外接电路 螺旋测微器半毫米刻度识别，完整读数计算 整合长度、电学测量数据，结合电阻定律计算电阻率 五、教学方法 对比辨析讲授法：伏安法两种接法电路图，对比两套电路分流分压误差； 方案选择讨论法：分压限流对比电路图，小组根据调压需求选择变阻器； 分层读数实操法：螺旋测微器刻度读数图，分层讲解固定、可动刻度读数； 数形结合绘图法：电压电流坐标图像图，描点连线利用斜率求电阻。 六、教学资源 教科版必修第三册物理课本；伏安法两种接法电路图、分压限流对比电路图、螺旋测微器刻度读数图、电压电流坐标图像图；分组实验器材：螺旋测微器、金属导线、电源、滑动变阻器、电流表、电压表、开关、导线；实验数据记录单；电阻率计算、电路选择练习题；多媒体课件、实验操作台、坐标方格纸。 七、教学设计 教学环节 教师活动 学生活动 环节一 伏安法两种接法电路图对比辨析，分析两套电路系统误差（8 分钟） · 展示伏安法两种接法 · 分为电流表外接、内接两套电路分层讲解误差： · 第一层：外接电路，电压表并联待测电阻，电压表分出部分电流，电流表读数大于电阻真实电流，测量得到的电阻数值小于真实值； · 第二层：内接电路，电流表串联待测电阻，电流表分担部分电压，电压表读数大于电阻真实电压，测量得到的电阻数值大于真实值； · 补充选型规则：待测电阻阻值远小于电压表内阻选用外接，待测电阻阻值远大于电流表内阻选用内接。 · 抛出导入思辨问题：如果待测金属丝电阻偏小，应当选择内接还是外接电路？ · 组织同桌两人交流两分钟，口述两套电路误差来源、测量值与真实值大小关系。 观看伏安法两种接法电路图，分清内外接电路误差成因；记住小电阻选外接、大电阻选内接的选型规则，带着变阻器电路选择问题进入新课。 环节二 分压限流对比电路图方案选择，确定分压电路用于本实验（9 分钟） · 展示分压限流对比电路图 · 分层对比两种变阻器调压特点： · 第一层：限流电路被测元件电压存在下限，无法调到零，测量数据组数少； · 第二层：分压电路被测元件电压可以从零连续调节，能够读取多组均匀分布的电压电流数据，适配图像法绘图； · 明确本实验需要绘制 U-I 图像，必须搭建分压电路；同时强调闭合开关前滑片移至被测元件电压为零的一端，保护电表。 · 布置四人小组任务：完整口述本实验选用分压电路的原因、开关闭合前滑片放置要求，限时三分钟。 观看分压限流对比电路图，对比两套电路调压范围；理解本实验选择分压电路的必要性，掌握分压电路安全操作规范。 环节三 螺旋测微器刻度读数图分层讲解，完成金属导线直径测量（10 分钟） 展示螺旋测微器刻度读数图 分为固定刻度、可动刻度两层分步读数： 第一步：读取固定刻度整毫米与半毫米刻度，看清半毫米刻度线是否露出； 第二步：读取可动刻度对齐刻度，乘仪器精度； 第三步：两层数值相加得到导线直径，再计算导线横截面积； 着重提醒：金属导线通电电流不能过大、通电时间不宜过长，避免升温改变电阻率。 向全班抛出辨析思考题：螺旋测微器固定刻度半毫米刻度未露出，读数时是否需要加上 0.5 毫米？ 观看螺旋测微器刻度读数图，学会分层完整读数；能独立测量导线直径，同时牢记控制通电时长减小温度带来的误差。 环节四 电压电流坐标图像图数形结合，图像法处理多组实验数据（13 分钟） · 分层讲解电压电流坐标绘图、求电阻完整步骤： · 第一步：将实验测得的多组电压、电流数据一一对应描在方格坐标纸上； · 第二步：用一条过原点的直线拟合所有数据点，舍弃偏离过大的误差点； · 第三步：直线斜率代表金属丝电阻，相比单组数据计算，图像法平均抵消偶然误差； · 最后代入电阻定律公式，结合导线长度、横截面积计算金属材料电阻率。 · 听讲电压电流坐标，掌握描点、连线、求斜率完整流程；能利用图像得到电阻，结合长度直径数据算出金属电阻率。 环节五 综合习题训练，课堂总结梳理全部核心内容（3 分钟） 出示伏安电路选型、分压电路操作、螺旋测微器读数、U-I 图像求电阻四类综合思考题，带领学生复盘伏安法双电路电路图辨析误差、分压限流对比电路图选择分压接法、螺旋测微器读数图测量导线直径、U-I 坐标图像图处理实验数据四大核心内容；整合四张配图梳理本节课全部知识点，梳理伏安法两种接法电路图、分压限流对比电路图、螺旋测微器刻度读数图、电压电流坐标图像图四大板块考点；纠正 “测量值等于真实电阻”“限流电压可归零”“忽略半毫米刻度” 三类典型认知误区。 独立完成四道辨析计算题，严谨说出伏安误差成因、分压电路适用条件、螺旋测微器读数方法、图像法减小误差原理；整合四张配图全部知识点，记录课后完整分组实验操作任务。 环节六 课堂收尾（2 分钟） 回扣开篇伏安法两种接法电路图总结：本节课我们辨析伏安两套电路测量误差，选择分压电路搭建实验，学会螺旋测微器测量导线直径，用 U-I 图像处理多组数据，完整完成金属电阻率定量测量实验，下一章学习电能与电功率。 完整回顾伏安电路选型、分压电路操作、螺旋测微器读数、图像数据处理、电阻率计算全部知识点，理清 “伏安法双电路电路图辨析测量误差→分压限流对比电路图合理选择变阻器接法→螺旋测微器读数图掌握导线直径测量→U-I 坐标图像图图像法处理实验数据” 完整定量实验探究学习思路。 八、板书设计 九、课程思政 本节课依托伏安法两种接法电路图、分压限流对比电路图、螺旋测微器刻度读数图、电压电流坐标图像图四组教材素材，沿着伏安两套电路分流分压系统误差对比辨析、分压限流电路根据实验需求选型、螺旋测微器固定可动刻度分层读数、多组实验数据绘制 U-I 图像取平均减小偶然误差的脉络开展教学，培养学生电路误差辩证辨析、实验方案按需选择、精密仪器分层规范读数、图像数形结合平均化处理数据的定量实验探究品格；整套实验融合精密长度测量、电学电路搭建、图像绘图多类操作，物理材料电阻率测量广泛用于电缆、导线工业选材，体现基础物理定量实验支撑电气制造行业；伏安电路存在无法消除的系统误差、单次测量存在偶然误差，引导学生客观看待实验测量局限，通过合理电路选择、多次绘图减小误差，树立求真、严谨、优化方案的科学实验素养；螺旋测微器精细刻度要求读数一丝不苟，分压电路开关前滑片规范放置、控制通电时长等操作细节，培养细致、规范、兼顾变量控制的实验操作习惯；分组协作完成全套多步骤定量实验，锻炼分工记录、互相校验数据的团队配合能力。 十、教学反思和修改 教学反思：本节课依托四张电路、仪器、图像配图开展综合定量分组实验课，图像绘图内容学生参与度较高，但存在三处典型顽固认知误区：一是不分待测电阻大小，随意选用伏安内接或外接电路；二是螺旋测微器读数时常遗漏半毫米刻度，造成读数偏差；三是认为取一组 U、I 数据计算电阻即可，不理解图像法平均抵消偶然误差；同时部分小组无法完整串联长度测量、电路搭建、数据绘图全套实验流程。 修改措施：课前印制伏安电路选型、螺旋测微器读数填空预习单，标注 “小电阻外接、读数看清半毫米刻度” 核心要点；课堂增加伏安电路选型、螺旋测微器读数正误、图像优势三类抢答辨析练习；延长四人小组全套实验分步操作时长，教师巡回校验读数、电路连接、图像绘制；课后配套伏安误差辨析、螺旋测微器读数绘图两类专项巩固任务，严格规范电路选型、精密仪器读数双重训练。 学科网（北京）股份有限公司 $