11-3 实验：导体电阻率的测量 教案-【新教材】人教版(2019)高中物理必修三

11.3 实验：导体电阻率的测量
〖教材分析〗
本节内容主要是游标卡尺和螺旋测微器的读数，以及金属丝电阻率的测量。

在初中已经学习过用刻度尺来测量物体的长度，但是利有一定的局限性，进入高中阶段，安排要学习更为精密的测量工具可以培养学生的科学素养，电阻率的测量则有助于培养学生发散性思维。

〖教学目标与核心素养〗
物理观念：知道游标卡尺和螺旋测微器的读数方法。

科学思维：严密的逻辑思维方法，能掌握不同分度的游标卡尺的读数方法。

理解螺旋测微器比游标卡尺的精度更高。

科学探究：知道电阻率的意义，掌握电阻率的测量方法。

科学态度与责任：通过游标卡尺和螺旋测微器的学习，培养学生严密的逻辑思维。

〖教学重点与难点〗
重点：游标卡尺和螺旋测微器的读数方法
难点：游标卡尺和螺旋测微器的读数方法
〖教学准备〗
多媒体课件、游标卡尺、螺旋测微器、待测物体、直尺等。

〖教学过程〗
一、新课引入
初中我们都学过长度的测量，还记得测量工具是什么？
如果要测量一个微小量，该如何测量呢，比如
测量金属丝的直径该如何测量呢?
这就用到这节课学习的游标卡尺和螺旋测微器了。

实验1长度的测量及测量工具的选用
（一）游标卡尺
1.介绍游标卡尺的结构。

2.游标卡尺的用法。

测量外径时，用外测量爪卡住待测物体；
测量内径时，用内测量爪撑住待测物体；测
量深度时，用深度尺抵住待测物体。

3.游标卡尺的分度。

游标卡尺是利用主尺的单位刻度（1mm ）
与游标尺的单位刻度之间固定的微量差值来
提高测量精度的。

常用的游标卡尺有10分
度、20分度和50分度三种。

游标尺上标的
并不刻线的条数，而是小数部分读数的数字。

如图如果把它两当成10分度的游标卡尺那就错了。

所以
游标卡尺的分度值要看游标尺上的刻度的条数。

思考：它的测量原理是怎样的呢？
4.原理
以10分度游标卡尺为例，游标尺上有10
个小的等分刻度，总长9mm ，所以每一分度
mm 9010mm 9.=，与主尺上的一格小0.1mm ，这就是它精度的由来了，即10分度的精度就是mm 1010
mm 1.=。

测量爪并拢时主尺和游标尺的零刻度线对齐，它们的第一条刻度线相差0.1 mm ，第二条刻度线相差0.2mm ……当量爪间所测量物体的长度为0.1mm 时，游标尺向右应移动0.1mm ，这时它的第一条刻度线恰好与主尺的1mm 刻度线对齐，而其他刻度线都没有对齐。

同样当游标尺的第五条刻度线跟主尺的5mm 刻度线对齐时，说明两量爪之间有 0.5mm 的宽度…
游标尺上的刻度线越多，游标尺单位刻度与1mm 的差距越小，测量的精确程度就越高。

如20分度游标卡尺它的精度就是
mm 05020mm 1.=。

50分度的游标卡尺它的精度就是
mm 02050
mm 1.=。

分度越大精度就越高。

5.读数
游标卡尺读数方法：被测物体长度=主尺读数（mm ）+分度游标尺读数mm 。

其中主尺读数是找到标尺零刻度的左边第一根主尺线（单位mm ）。

游标尺读数，找到标尺与主尺对齐的刻度线（0刻度除外）。

分度一般就是10、20、50等要看游标尺上的刻度的条数。

基本步骤是先读主尺。

再读标尺，最后相加。

例如：先读主尺上的刻度，如图根据游
标尺上零刻度线与主尺刻度线的相对位置，
找到标尺零刻度的左边第一根主尺线：读得
2.3cm 。

为了方便计算统一换算为23mm 。

再
读游标尺上的刻度，找到标尺与主尺对齐的刻度线（0刻度除外）。

游标尺上的
第七条刻度线与主尺上的刻度线对齐，记为：
mm 7010mm 7.=。

最后把主尺读数与游标尺读数相加即可，mm 723mm 10
7mm 23.=+。

课堂练习
例1:如图所示以下游标卡尺的读数是
例2:如图所示以下游标卡尺的读数是
解题提示：被测物体长度=主尺读数（mm ）+
分度
游标尺读数mm 。

注意分度。

答案分别是：2.8mm 、13.7mm 、10.15mm 、6.9mm
6. 使用
请练习使用游标卡尺测量以下物体的尺寸。

（1）用游标卡尺的外测量爪测量小钢球的直径、小圆管的外径、教科书的厚度等;
（2）用游标卡尺的内测量爪测量小圆管的内径、槽的宽度等。

游标卡尺它的最高精度是0.02mm 。

那有没有更精确的测量工具呢？
螺旋测微器，用它测量长度可以精确到0.01mm 。

由于还能再估读一位，实际能读到毫米的千分位。

所以螺旋测微器千分尺。

（二）螺旋测微器
1.介绍螺旋测微器的结构。

2.螺旋测微器的用法。

螺旋测微器的测砧A 和固定刻度B
是固定在尺架C 上的;可动刻度E 、旋钮
D 、微调旋钮D'是与测微螺杆F 连在一
起的，通过精密螺纹套在B 上。

被测物体就是放在AF 之间的，然后转动后面的旋钮，就可以读数测量了。

3.原理
（播放动图）当旋钮D 旋转一周，螺杆F
便沿着旋转轴线方向前进或后退一个螺距的距
离。

螺旋测微器的固定刻度B 的螺距是0.5mm ，
圆周上的可动刻度E 有50个等分刻度，因此可动刻度每旋转一格，对应测微螺杆 F 前进或后退
mm 010mm 5050.. 显然，用螺旋测微器测量可准确到 0.01mm 。

4.读数
螺旋测微器读数方法：被测物体长度=固定刻度读数（mm ）+可动刻度读数×0.01mm 。

固定刻度读数是指找到固定刻度最靠近标尺的线（注意半刻度）（单位mm ）。

可动刻度读数是指找到轴线与可动刻度对齐的地方，没有线所以要估读。

（从下面读起）
读数步骤：先读固定刻度上的刻度，再读可动刻度，最后相加。

例如：如图，先读固定刻度B 上的刻度：找到固定刻度
（主尺）右边第一根主尺线（注意半刻度线有没有出来）：现
在有出来，读得6.5mm 。

如果半刻度线没有出来那就是6.0mm 。

再读可动刻度:找到轴线与可动刻度对齐的地方，读数从下面起且要估读。

现在读得22.5。

0.5是估读的。

记为：22.5×0.01mm=0.225mm ，
把固定刻度读数与可动刻度读数相加：6.5mm+22.5×0.01mm=6.725mm 。

课堂练习
例3：如图所示以下螺旋测微器的读数是
解题提示：被测物体长度=固定刻度读数（mm ）+可动刻度读数×0.01mm 。

注意0刻度线在上，还是下。

答案是：0.315mm 、3.225mm 。

5.使用
用螺旋测微器测量物体的微小尺寸时，先使F 与A
接触，E 的左边缘与B 的零刻度线对正;将被测物体夹
在F 与A 之间，旋转D ，当F 快靠近物体时，停止使
用D ，改用 D'，听到"喀喀"声时停止; 然后读数。

使用螺旋测微器测量以下物体的尺寸。

（1）测量A4纸的厚度，
（2）测量头发丝的直径。

实验 2 金属丝电阻率的测量
（一）实验思路 由s l R ρ=→l
s R =ρ那么我们就要测量金属电阻丝的电阻R 、长度l 和横截面积s 三个物理量。

下面我们分别来进行相关的实验。

（二）物理量的测量
1.电阻的测量
电阻的测量用伏安法I U R =就可以得到了。

实验电路图如图所示。

改变滑动变阻器滑片的位置，读取多组电压、电流值，通过U-I 图像求得电阻R 。

2.电阻丝有效长度的测量
电阻丝长度的测量工具应选用刻度尺。

初中我
们已经学习了用刻度尺测量长度的方法和读数规
则。

需要注意，在测量电阻丝的长度时，测量的并不是电阻丝的总长度，而是接入电路的有效长度l 。

反复测量多次，得到有效长度的平均值。

3.电阻丝直径的测量
横截面积的测量，由于2r s π=，而半径2
d r =，所以我们只要测量金属的直径即可，可以利用游标卡尺或螺旋测微器。

把这些式子代入公式就可以得到计算
电阻丝的电阻率的公式拉Il
4d U 2
πρ= 因为电阻丝比较细，所以直接用刻度尺测量就会产生比较大的误差。

下面提供了几种测量直径的方案供大家选用。

案例1：用刻度尺测量电阻丝的直径
用分度值为1mm 的刻度尺直接测量电
阻丝的直径d ，产生的误差太大。

为了解决
这个问题，我们可以采用累积的方法，即
取一段新的电阻丝，在圆柱形物体上紧密
缠绕:，用分度值为1mm 的刻度尺测出总宽度，再除以圈数，这样便可以提高电阻丝直径的测量精度了。

案例2：用游标卡尺或螺旋测微器测量电阻丝的直径
在电阻丝的不同位置测量3次，求得直径
的平均值。

需要注意的是∶ 用游标卡尺测量
时，电阻丝应该置于外测量爪的平面处;用螺
旋测微器测量时，当接近电阻丝时，须转动
微调旋钮。