/ 让教学更有效 精品试卷 | 物理学科
第16章 电压 电阻
第4节 变阻器
新课导入
方式一 【情境导入】
多媒体播放视频:用铅笔芯制作调光灯(图16-4-1)。(详见电子资源)
图16-4-1
导入语:用铅笔芯制作调光灯的实验原理是什么呢 让我们从探究开始,学习这节课的内容:可以变化的电阻——变阻器。
方式二 【情境导入】
多媒体播放图片或视频:生活中的变阻器(图16-4-2)。(详见电子资源)
图16-4-2
导入语:灯的亮度、风扇的转动速度、收音机的音量都是可以控制的,它们内部都有什么控制元件呢 本节课我们就来学习:可以变化的电阻——变阻器。
电子视频 (详见电子资源)
教材知识处理
1.滑动变阻器阻值变化的快速判断方法
在判断滑动变阻器连入电路的电阻大小的变化情况时,首先明确变阻器下面接入电路的是哪个接线柱,然后以这个接线柱为“参考点”,若滑片P远离该点,则其连入电路的电阻变大,若滑片P靠近该点,则其连入电路的电阻变小。
2.实验改进:用铅笔芯制作调光灯
[实验目的] (1)理解滑动变阻器的工作原理。
(2)知道通过改变电阻,可以改变电路中的电流。
(3)知道同一灯泡的亮度与通过它的电流大小有关。
[实验原理] 电阻大小与导体的材料、长度和横截面积等因素有关,要使电路中的电流发生改变,可以改变接入电路的电阻。改变电阻的方式包括改变导体的材料、长度和横截面积等。
[实验器材] 电池组,开关,导线若干,不同规格的铅笔芯(分别选择2B、HB、2H等不同标号的铅笔芯,某一标号的铅笔芯有粗细不同的规格),电流表等。
[实验步骤] (1)连接如图16-4-3所示实物,夹子M、N间可以接入不同规格的铅笔芯。
图16-4-3
(2)在M、N间接入2B铅笔芯,使M、N之间的距离为2 cm,闭合开关,观察灯泡的亮度,记录电路中电流表的示数。
(3)逐渐增大M、N间的距离,直到距离增大到5 cm,观察灯泡的亮度及电流表的示数变化。
(4)改变M、N间接入的铅笔芯,把粗细相同的HB铅笔芯接在M、N间,也接入5 cm长,闭合开关,观察灯泡的亮度,记录电流表的示数。
(5)把粗细相同的2H铅笔芯接入M、N间5 cm长,闭合开关,观察灯泡的亮度,记录电流表的示数。
(6)把较粗的2B铅笔芯接入M、N间,接入5 cm长,观察灯泡的亮度,记录电流表的示数。
(7)对比不同型号的铅笔芯的电阻大小,思考在实际改变电阻时,改变哪个最简便。
[注意] 实验中不同型号的铅笔芯,长度相同时电阻也不一定相等,但电阻大小相差较小,如果直接根据灯泡的亮度来判断电流的变化不准确,所以要接入电流表。
本节教材链中考
[考点小说] 滑动变阻器是初中物理电学部分基本实验器材之一,在很多实验中都起到保护电路、调节电压和电流的重要作用。滑动变阻器的工作原理、使用方法是中考必然涉及的内容之一,但因难度很小,所以独立考查的题目很少,一般都会结合具体的串、并联电路的分析来进行考查。
[考点对接] 1.滑动变阻器的作用及使用
[源起教材P83] 实验
练习使用滑动变阻器
1.观察滑动变阻器的结构
观察时,请思考以下问题。
为什么与滑片接触处的电阻丝的绝缘层被刮去
哪两个接线柱之间的电阻是不变的
哪两个接线柱之间的电阻很小
移动滑片时,哪两个接线柱之间的电阻随着改变
2.连接滑动变阻器
要使滑动变阻器和用电器中的电流相同,滑动电阻器应该与用电器串联。按图16.4-3连接电路,闭合开关,观察电路是否接通。
图16.4-3 连接滑动变阻器
……
例1 (自贡中考)如图16-4-4所示是滑动变阻器的结构示意图,当滑片P向右移动时,要使连入电路中的电阻变大,应选择的接线柱为 ( )
图16-4-4
A.A和B B.B和C C.B和D D.A和D
[答案] D
例2 (河南中考)如图16-4-5所示,能用滑动变阻器调节小灯泡由亮到灭的电路是 ( )
图16-4-5
[答案] A
[考点对接] 2.变阻器的应用——电位器
[源起教材P84]
图16.4-5 一种电位器的结构
例3 (天津中考)电位器实质是一种变阻器,如图16-4-6所示是电位器的结构和连入电路的示意图,A、B、C是接线柱。当滑片向A端旋转时,变阻器连入电路的电阻 ( )
图16-4-6
A.变大 B.变小
C.不变 D.先变大后变小
[答案] B
拓展材料
材料——为什么电子秤能显示出货物质量和价格
电子秤是怎样称出货物质量、计算出货物价格的呢 要迅速显示出货物质量,它首先需要将质量准确地转换成相应的电压量,然后将电压的大小在显示器上用数字显示出来。电子秤中的四大部分——应变传感器、电压放大器、模数转换器和数字显示器,就具备这两种本领。
电子秤上使用的应变传感器是一种用镍金属丝制作的压力变阻器,它的电阻会“随压而变”,受到重物压挤时,电阻会变小。这种现象在物理学上称为“压阻效应”。
当重物压在变阻片上时,变阻片内的电阻迅速改变,并从应变电路上输出相应的电压,物体质量越大,输出的电压越高,物体质量越小,输出的电压越低,这种电压称作“模拟电压”。经过电压放大器放大和模数转换器转换,最后形成相应的数字量值,送进液晶数字显示器,迅速显示出被称物体的质量,并与事先输入的单价相运算,得出相应的价格。
——详见电子资源
能力培优题 (详见电子资源)
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第16章 电压 电阻
第4节 变阻器
教材 解读 变阻器是本章的重点和难点,教材把这部分内容安排在“电流、电压、电阻”等知识后,符合学生由易到难、由简到繁的认知规律,同时又保持了知识的结构性和系统性,为学习“欧姆定律”打好了基础。学生在上一节已经学习了电阻,对电阻的概念已经有了初步的了解,也已经理解了导体电阻大小跟导体的材料、长度和横截面积有关,这为本节课的学习奠定了知识基础。
学 习 目 标 物理观念 1.知道滑动变阻器的构造、原理,会画结构示意图。 2.知道滑动变阻器的作用,会将其正确连入电路。 3.了解滑动变阻器铭牌上参数的含义。
科学思维 归纳滑动变阻器的四种接线方法。
科学探究 通过实验操作,掌握滑动变阻器的使用方法。
科学态度 与责任 通过学生的探究活动,培养探究真理的热情。
教学 重、 难点 重点:滑动变阻器的正确使用。 难点:滑动变阻器的变阻原理。
教学 建议 由于变阻器的构造较复杂,接线柱较多,使用过程中又是动态变化的,而且教材对于滑动变阻器装置的提出没有更多的铺垫,所以对于学生来说,在变阻原理的理解上感到有些困难,难于接受。根据以上特点,确定本节课的重点、难点为滑动变阻器的构造、原理及使用方法。根据新课程基本理念“注重科学探究,提倡学习方式多样化”,在本节课教学中,可以采用“提出问题——实验探究——交流评价”的物理课堂教学模式。建议教学过程如下:多媒体展示滑动变阻器,认识变阻器的结构,然后让学生练习使用滑动变阻器。提出问题:如何用滑动变阻器改变灯泡的亮度 在教师的引导下,学生根据已有的知识和对身边物理现象的已有观察、对生产技术的已有感性认识发现问题,提出假设和猜想,进而自行设计实验、验证假设、交流评价,最后归纳出物理方法,从而使学生把科学知识的获得与思维能力的培养有机地结合起来,主动获得对科学的理解,达到获取物理知识、培养创新能力和实践能力的综合提升。
教学设计① (对应ppt见电子资源)
教师活动 学生活动 设计意图
【导入新课】 问题引入: 生活中你是怎样改变调光灯亮度的 怎样改变收音机音量的大小 原来它们都使用了一个叫作电位器(变阻器)的元件。变阻器为什么能够改变灯的亮度 今天我们就来学习本节课的内容——变阻器。 听讲、思考 通过日常生活中的实例,启发学生寻求其中的奥妙,激发学生的求知欲。
【探究新知】 [演示实验] 选取一根铅笔芯,连接如图所示电路,改变铅笔芯接入电路中的长度。 [提出问题] (1)在刚才的实验中,你观察到了什么现象 (2)在电源电压不变的情况下,是什么原因导致灯泡亮度发生变化的呢 (3)电阻变化的原因是什么呢 [归纳总结] 像这种能够改变接入电路中电阻大小的仪器我们称为“变阻器”,由于夹子能够在铅笔芯上自由滑动,所以我们称其为“滑动变阻器”。 [交流讨论] (1)用“铅笔芯变阻器”调节灯泡亮度时方便吗 它又有哪些缺点 请同学们发挥你们的聪明才智,帮老师改进一下。 (2)展示金属电阻丝的同时并提问:如何能使灯泡的亮度变化更明显一些 观察、思考、总结、归纳 从生活走向物理,从物理走向社会,并注意学科渗透,关心科技发展。
一、变阻器 1.认识滑动变阻器 展示教具或多媒体播放视频或图片。 然后让学生观察自己桌上的滑动变阻器实物。 归纳总结: ①定义:能改变接入电路中电阻大小的元件叫作变阻器。滑动变阻器是学生实验中常用的一种变阻器。 ②结构:金属杆、滑片、电阻丝、瓷筒、接线柱。 ③符号和示意图 ④铭牌的含义:“1.5 A 200 Ω”表示滑动变阻器允许通过的最大电流是1.5 A,连入电路的最大电阻为200 Ω。 ⑤作用:通过改变其连入电路的电阻大小来改变电路中电流的大小和部分电路两端的电压。 ⑥原理:通过改变接入电路中电阻丝的长度来改变电阻。 2.滑动变阻器的接法 再次观察滑动变阻器并思考下列问题: (1)电阻丝什么位置的绝缘漆被刮去了 为什么要刮去 (2)哪两个接线柱之间的电阻是不变的 哪两个接线柱之间的电阻很小 移动滑片,哪两个接线柱之间的电阻随着改变 向哪个方向移动时电阻变大 教师在学生实验的基础上演示并归纳分析。 分析与演示:电阻丝上能接触滑片的地方,绝缘漆已被刮去。刮去的目的是使滑片和所接触的电阻丝之间通过电流。变阻器连入电路要改变电阻则必须是金属杆和电阻丝两端各接一个接线柱(如图所示)。演示观察,接A、C和A、D效果是相同的,同理接B、C和B、D效果是相同的。进一步分析讨论接A、C或A、D时,当滑片P向右移动时由于滑片离A点越来越远,接入电阻丝的长度在增加,接入电路的电阻变大,电流变小;同理滑片向左移动时,由于接入电阻丝的长度变小,接入电路的电阻变小,电流变大。 通过上述实验操作、分析,学生对变阻器的原理和使用已有了一个完整的认识。 观察、思考、总结、归纳 观察、思考、总结、归纳 用多媒体展示滑动变阻器的构造,并让学生观察自己桌上的滑动变阻器实物,激发学生的学习情绪,培养学生的观察能力。 引导学生分析讨论各种接法的合理性,最后总结归纳出正确的接法。
归纳总结: (1)滑动变阻器的接线原则:一上一下。 (2)接法总共6种。 A.改变电阻、四种接法、两种效果; B.不变电阻、两种接法、两种效果。 3.练习正确使用变阻器 设计学生实验,让学生动手去探究滑动变阻器的正确使用方法,使学生在动手实践中理解变阻器的使用。 (1)用滑动变阻器改变灯泡的亮度 提出问题: ①要使灯泡和变阻器中的电流大小相同,变阻器应该与灯泡串联还是并联 ②要能控制电流的大小,应该使用变阻器上的哪两个接线柱 ③要使灯泡由暗变亮,接通电路前应将滑片放到什么位置上 学生相互讨论,首先,设计出实验电路,如图所示,接着根据各自制订的计划进行操作,尝试控制灯泡的亮度。同时,巡视并指导各实验小组将变阻器的实物连接、电路图连接进行对照,研究电阻变化的原理和规律。 (2)用滑动变阻器控制电阻两端的电压 连接如图所示电路,闭合开关S,调节滑动变阻器的滑片,使定值电阻R两端的电压成整数倍变化。换用不同的定值电阻,使电阻成整数倍变化,闭合开关S,调节滑动变阻器的滑片,保持每次接入的定值电阻两端的电压不变。 总结:滑动变阻器接入电路中的作用:①通过改变电路中的电阻,改变电路中的电流和部分电路两端的电压;②保护电路。 4.电阻箱 有没有既可以改变电阻,又可以知道连入电路的电阻值的变阻器呢 多媒体展示图片: 引导学生讨论总结电阻箱的接法和读数方法。 二、变阻器的应用 1.电位器 多媒体展示图片: 思考、交流、分工合作、实验探究、得出结论 思考、交流、分工合作、实验探究、得出结论 听讲、思考、交流、回答 通过合作探究,亲自体会滑动变阻器调节电流的作用,同时提高学生的合作能力、动手能力及语言表达能力。 有目的地引导学生开展讨论和归纳,培养学生初步的分析和概括能力,化解难点,最终突破难点,同时也掌握重点。 通过了解电阻箱的内部结构理解电阻箱的变阻原理。引导学生对比电阻箱与滑动变阻器的优、缺点。
探究归纳: ①不少家用电器音量调节的器件就是一种变阻器,通常称为“电位器”。 ②电位器有机械旋转式、数字式等。 ③利用电位器还可以调节亮度、温度等。 2.油量表 多媒体播放视频动画:油量表。 引导学生根据视频动画总结油量表的工作原理。 探究归纳:当油面上升时,滑动变阻器的滑片向下滑动,滑动变阻器连入电路的电阻变小,油量表(电流表)的示数变大。 课堂小结(略) 课堂练习(略) 布置作业(略) 听讲、思考 结合日常生活,将所学知识与日常生活紧密联系起来,提高科学技术应用于日常生活和社会的意识。
教学设计② (详见电子资源)
温馨提示:为满足广大一线教师的不同教学需求,特新增“典案二 教学设计②”,
内含多种授课方式不同的教学设计案例,word排版,可编辑加工,方便使用。
内容详见电子资源。
导学设计
学点1 变阻器
1.实验探究:改变小灯泡的亮度
[实验]如图16-4-7所示,把铅笔芯、小灯泡、干电池用导线连接起来,沿铅笔芯移动导线夹,观察小灯泡的亮度怎样变化
图16-4-7
实验现象:随着夹子在铅笔芯上移动,小灯泡的亮度发生连续变化,接入电路的铅笔芯越短,电阻越 小 ,小灯泡越 亮 。
[归纳]实验结论:改变接入电路的导体的长度,可以改变 电阻 。
2.变阻器:能改变接入电路中电阻大小的元件叫作 变阻器 。实验室常用的变阻器是 滑动变阻器 和电阻箱。
3.滑动变阻器
[观察实物或图片并回答]
(1)构造:滑动变阻器有缠绕在绝缘管上的 电阻丝 ,外面涂有 绝缘漆 ,它的两端连接在两个 接线柱 A、B上;支架上方有个比较粗的金属杆,电阻很 小 ,金属杆两端有 接线柱 C、D;金属杆与电阻线通过 滑片 相连。
(2)原理:滑动变阻器是通过改变连入电路中 电阻丝 的长度来改变 电阻 的。
如图16-4-8所示,滑片移动时与线圈相接触的部位上的绝缘层已经刮掉,电阻丝与滑片相连。滑片移到不同位置时,A、C或B、C两个接线柱间电阻丝的 长度 不一样,这样就可以改变接入电路中电阻的大小。
图16-4-8
(3)结构示意图和符号
如图16-4-9甲所示结构示意图上,A、B、C、D分别表示四个接线柱,P表示滑片。滑动变阻器的元件符号如图乙所示。
图16-4-9
(4)铭牌上各物理量的意义
例如,一滑动变阻器标有“20 Ω 1 A”,其中“20 Ω”表示 滑动变阻器的最大电阻是20 Ω ,“1 A”表示 允许通过的最大的电流是1 A 。
学点2 练习使用滑动变阻器
1.实验探究:滑动变阻器的接线方法
[想一想]滑动变阻器共有A、B、C、D四个接线柱,如果只选其中的两个接入电路中,有几种连接方法
[归纳]有6种连接方法:A、B;A、C;A、D;B、C;B、D;C、D。
(1)进行实验与记录
①按如图16-4-10甲所示电路图连接图乙中电路。
图16-4-10
②把滑动变阻器的A、C,A、D,B、C,B、D接线柱依次接入电路中的M、N两点间。闭合开关,移动滑片P,观察灯泡亮度和电流表示数的变化,并记录在表格中。
(2)分析论证
①把C、D接线柱连入电路的分析
如图16-4-11所示,把C、D接线柱连入电路,滑动变阻器相当于一条导线,连入电路的电阻为 0 ,移动滑片 不能 改变电阻。
图16-4-11
②把A、B接线柱连入电路的分析
如图16-4-12所示,将A、B接线柱接入电路时,电流要经过全部电阻丝,此时滑动变阻器连入电路的电阻为其最大电阻,滑动变阻器相当于一个 定值 电阻,移动滑片 不能 改变电阻。
图16-4-12
(3)探究归纳
①滑动变阻器应按照“ 一上一下 ”的方式接入电路中。
②关键是确定滑动变阻器的下端接线柱,上端两个接线柱中任何一个连入电路,接法是 等效 的。
③滑片向靠近下接线柱的方向移动,接入电路的电阻变 小 ,滑片向远离下接线柱的方向移动,接入电路的电阻变 大 ,可简记为“近下电阻变小,远下电阻变大”。
2.实验:用滑动变阻器改变小灯泡的亮度
(1)设计实验
①实验电路图如图16-4-13甲所示。
图16-4-13
②小灯泡与滑动变阻器 串 联,电流表 串 联在电路中。
③闭合开关前应将滑片放到阻值最 大 位置(最右端),可以使电路中的电流最 小 ,起到保护电路元件的作用。
④注意:电路中的电流不能超过滑动变阻器允许通过的最大电流(否则烧坏滑动变阻器)。
(2)进行实验
①按电路图甲连接图乙中的实物电路。
②使滑片P位于最右端,闭合开关,观察电流表示数及小灯泡的亮度。
③将滑片由最右端移到中间,观察电流表示数及小灯泡的亮度。
④将滑片由中间移到最左端,观察电流表示数及小灯泡的亮度。
(3)实验现象
滑片P的位置 最右端 中间 最左端
电流表示数 最小 较大 最大
小灯泡的亮度 暗 较亮 最亮
(4)实验分析:移动滑动变阻器的滑片能改变电路中的电流大小和小灯泡的 亮度 。
(5)实验结论:用滑动变阻器改变小灯泡的亮度,滑动变阻器应该与小灯泡串联。电阻变大→电流变小→灯泡变暗;电阻变小→电流变大→灯泡变亮。所以滑动变阻器起到控制电路中电流的作用(即限流作用)。
3.电阻箱
[观察实物]滑动变阻器能够改变连入电路的电阻大小,起到连续改变电流大小的作用,但不能准确知道连入电路的电阻值。如果需要知道连入电路的电阻的大小,就要用到电阻箱。
(1)电阻箱的特点
电阻箱由若干个不同阻值的定值电阻按一定的方式连接而成,是一种可以调节电阻大小并且能够显示出 电阻 的变阻器。
(2)电阻箱的读数
图16-4-14
如图16-4-14所示,电阻箱接入电路的阻值为R=(3×1000+6×100+0×10+8×1)Ω=3608 Ω。
使用时,把两个接线柱接入电路,调节旋盘就能得到0~9999 Ω之间的任意整数阻值。各旋盘对应的指示点的示数乘面盘上标出的倍数,然后加在一起,就是接入电路的阻值。
学点3 变阻器的应用
1.一些常见的变阻器
[观察实物或图片]生活生产中常见的一些变阻器如图16-4-15所示:
图16-4-15
2.电位器及其应用
滑动变阻器一般只在实验室中应用。有些家用电器(如收音机)音量调节的器件也是一种变阻器,通常称为 电位器 。
(1)机械式电位器
图16-4-16
如图16-4-16所示是机械式电位器,由内部构造图可知,电位器在电路中相当于 滑动变阻器 。
如图所示,把A和B两个接线柱串联接入收音机电路,当顺时针旋转时,接入电路中的电阻变 大 ,电流变 小 ,音量变 小 ,反之音量变大。
电位器也可以用在其他电器上,例如,可调亮度的 电灯 ,可调温度的电热毯、电饭锅,等等。
(2)数字电位器及其应用
除机械式电位器外,数字电位器(图16-4-17)被人们越来越广泛地使用。数字电位器是一种用 数字 信号控制电阻的器件(集成电路)。与机械式电位器相比,数字电位器具有可程序控制改变电阻、耐震动、噪声小、寿命长、抗环境污染等重要优点,因而,已在自动检测与控制、智能仪器仪表、消费类电子产品等许多重要领域得到应用。
图16-4-17
21世纪教育网(www.21cnjy.com)
