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欧姆定律
第三节　变阻器
教 材 解 读 　变阻器是初中物理电学板块的关键内容,在教材中占据着不可或缺的地位,是学生学习了电阻知识之后,在学生理解电阻基本概念、掌握影响电阻大小因素的基础上,进一步深入探讨如何人为改变电阻,实现对电路中电流、电压的调控,既是电阻知识的应用,又是学习“欧姆定律”的基础,具有承上启下的作用。学好变阻器,既有助于学生更好地理解电阻的概念,又为今后的学习特别是做电学实验做好必要的准备。 　本节教材内容包括两部分:滑动变阻器和电阻箱。变阻器是电学中最常用的重要电学元件,是本章教学的重点内容之一,这部分内容包括滑动变阻器的构造和滑动变阻器的使用两部分,滑动变阻器的接法是重点也是难点,从滑动变阻器的使用说明滑动变阻器的作用。对于电阻箱教材通过实物图介绍连入电路的方法和读数方法,对于电阻箱的内部结构和原理,让学生有所了解即可。
学 习 目 标 物理观念 　1.认识变阻器是改变电阻大小的元件,明确变阻器通过改变电阻丝接入电路的长度来改变电阻,进而改变电流、电压,构建完整的电学物理量观念概念。 　2.会画滑动变阻器的结构示意图、电路符号,会将其正确连入电路并正确使用,会使用电阻箱并能正确读数。 　3.知道滑动变阻器铭牌上参数的含义,了解其使用规则和实际应用。
科学思维 　1.在学习变阻器时,将实际的变阻器简化为物理模型,如用特定符号表示变阻器和电阻箱,通过分析其结构和工作方式,抽象出电阻变化与电路参数改变的关系,培养学生构建模型的能力。 　2.鼓励学生对变阻器的原理、使用方法提出疑问和见解,对比不同变阻器的优缺点,思考改进和创新方案,培养学生批判性思维和创新意识。
科学探究 　从体验“滑动变阻器的变阻过程”,感悟“观察、实验”在物理学习中的重要作用。培养学生的分析论证和得出结论的能力以及自我反思和交流合作能力。
科学态度 与责任 　1.在体验滑动变阻器变阻的过程中,要求学生如实记录实验数据,尊重实验事实,培养学生严谨的科学态度。 　2.引导学生了解变阻器在日常生活和电子设备等领域的重要应用,认识到科学技术对社会发展的推动作用,激发学生对科学的热爱和对社会的责任感。
重点 难 点 　重点:滑动变阻器的构造、原理和使用方法;理解滑动变阻器接入电路后电阻变化对电路中电流和电压的影响规律。 　难点:滑动变阻器滑片移动的方向与接入电路的电阻大小的关系。
备课 资料 　word版电子教案、匹配的课件见电子资源
教师活动 学生活动 设计意图
【导入新课】 展示一个调光台灯,进行调光操作。想一想这个台灯的调节旋钮是如何实现调节功能的 引导学生根据电阻的概念及影响因素回答:通过改变接入电阻的大小实现改变电流大小从而调节灯泡亮度。 学生观察、思考、根据上节所学回答 创设情景引入,激发学生兴趣。
【新课教学】 探究点一:变阻器 在导入新课的基础上提出问题:如何改变接入电路的电阻最方便 演示实验:在电路中加入一段铅笔芯,在一端自由移动金属夹,使连入的铅笔芯长度改变,观察现象。 引出:利用金属夹在铅笔芯上移动来改变电阻就构成了一个简单的变阻器。变阻器一般分为滑动变阻器和电阻箱两类,重点学习滑动变阻器。 1.变阻器原理:通过改变接入电路的电阻线的长度来改变电阻。 评估:用刚才的装置来改变电阻有什么缺点 怎样改进 分析:铅笔芯太长,操作起来不方便,太短又不能有效改变电流。 怎样改进,既能有效改变电阻,又方便实验操作 学生观察、思考 演示实验帮助学生建立通过改变接入电路的长度来改变电阻的直观模型,帮助学生实现知识的迁移。
(续表)
教师活动 学生活动 设计意图
　　2.滑动变阻器的构造 出示滑动变阻器,指导学生看书,师生共同说出它的构造。由金属杆、滑片、瓷筒、镍铬合金制成的线圈、支架组成。 讨论问题:(1)为什么要用镍铬合金线 (2)线圈为什么要涂绝缘漆 教师介绍:为了使滑动变阻器的调节范围更大,相同长度和横截面积的条件下,镍铬合金线的电阻比较大,容易调节。紧密排绕的镍铬合金线线圈之间如果不涂绝缘漆就会导电,电阻丝就变短,这样滑动变阻器的电阻就不大。 3.滑动变阻器的结构示意图和在电路图中的符号 4.滑动变阻器的使用 问题:滑动变阻器有四个接线柱,那么如何连接呢 学生实验体验:把实验器材连接成电路,要求利用滑动变阻器能改变灯泡的亮暗。看看有几种连接方法可以实现改变电阻 学生实验: 接法1:把滑动变阻器C、B接入电路; 接法2:把滑动变阻器C、A接入电路; 接法3:把滑动变阻器D、A接入电路; 接法4:把滑动变阻器D、B接入电路。 …… 学生思考互动 进行实验探究,讨论回答 实验激发兴趣,问题引导思考,在实验和思考中提高思维和科学素养。
(续表)
教师活动 学生活动 设计意图
学生总结归纳:要使滑动变阻器串联接入电路中能起到调节电流的作用,A、B、C、D四个接线柱,只能用“一上一下”两个。 画结构图,讨论为什么滑动变阻器要“一上一下”两个接线柱接入电路才能起到调节作用呢 滑动变阻器接入电路是如何起作用的 师生分析:如图所示,如果将C和B两个接线柱接入电路,电阻线OB、金属杆CP被接入电路,由于金属杆的电阻可以忽略不计,所以接入电路的电阻就是电阻线OB的电阻,如果把滑动头P向D端移动,则接入电路的电阻线OB变短,电阻减小,如果把滑动头P向C端移动,则接入电路的电阻线OB增长,电阻增大,这样通过改变滑动头的位置就可以改变接入电路中的电阻大小。如果把A、D两个接线柱接入电路,情况和C、B两个接线柱接入电路类似。 讨论:如果把滑动变阻器按图乙和图丙所示接入电路,还能起到调节电阻从而改变电流的作用吗 学生讨论回答:如果都接在上面金属杆两端,接入电路的电阻几乎为零,如果都接在下面电阻线两端,接入电路的电阻最大,且保持不变。这两种接法都不能起到调节的作用。 问题:如图所示,滑动变阻器上的铭牌“50 Ω　1.5 A”表示的含义是什么 回答问题、思考交流 学生观察思考交流 通过问题引导学生进行交流讨论,思辨明理。
(续表)
教师活动 学生活动 设计意图
引出:其中“50 Ω”表示滑片移动时,这个变阻器接入电路的最大阻值是50 Ω,因此这个滑动变阻器连入电路的阻值变化范围是0~50 Ω;“1.5 A”表示这个滑动变阻器允许通过的最大电流是1.5 A,若通过的电流超过了1.5 A,这个变阻器就可能因过热而烧坏。 过渡:变阻器不能表示出连入电路的电阻值,能否有一种可以表示出阻值的变阻器呢 引出电阻箱。 探究点二:电阻箱 出示如图所示的电阻箱:既能改变接入电路的电阻值又能知道接入电路阻值的大小,图中是旋钮式电阻箱的外观和面板,它有两个接线柱和五个旋钮。 介绍:每一个旋钮内部都安装有如图所示的10个相同的定值电阻,指针相当于是滑片,改变指针的位置,就可以改变接入电路中的电阻的个数,进而改变接入电路中的电阻的阻值。 使用:将它的两个接线柱连入电路,调节旋钮即可。读数时,将各旋钮对应指示点的示数乘面板上标记的倍数,再将它们相加,就是电阻箱接入电路的电阻值。图乙的读数为(1×1000+8×100+9×10+3×1) Ω=1893 Ω。 课堂小结 1.你学到了哪些物理知识 2.你学会了哪些研究问题的方法 学生从知识、方法、情感各方面对本节课进行总结
学点1　滑动变阻器
问题1:若要改变电路中的电流,有以下方法:改变　电源电压　和改变　电阻　,其中对电阻的改变我们又可以通过改变导体的　长度　、　横截面积　和　材料　等来实现。在这些方法中,你认为最为简单的是　改变导体的长度　。
实验1:用小刀把铅笔剖开,剥出铅笔芯,将铜线绑在它的一端,使另一根铜线在铅笔芯上移动(如图12-3-7所示),观察灯泡的亮度。
图12-3-7
问题2:当铅笔芯连入电路中的长度变短时,灯泡变　亮　;当铅笔芯连入电路中的长度变长时,灯泡变　暗　。
总　结:改变连入电路中电阻线的　长短　,可以改变接入电路中的　电阻　,从而可以改变电路中的　电流　。
1.滑动变阻器的构造
阅读教材P83滑动变阻器的构造,观察图12-3-8,思考下列问题。
图12-3-8
问题3:滑动变阻器的构造包括:　金属杆　、　滑动头P　、　瓷筒　、　表面涂有绝缘层的电阻线　和　支架　。
问题4:滑动变阻器的电路元件符号是 　。
问题5:　电阻线　通过金属杆和接线柱C、D相连,滑片移动到不同的位置时,A、C(或A、D)两个接线柱间电阻丝的　长度　不同,这样就可改变接入电路中电阻的大小。
2.滑动变阻器的使用
按照图12-3-9连接好电路,闭合开关,移动滑动变阻器的滑动头P,观察灯泡亮度和电流表示数的变化,体验滑动变阻器的变阻过程。
图12-3-9
问题6:将滑动头P向C端移动,滑动变阻器接入电路的电阻　变大　,电路中的电流　变小　;将滑动头P向D端移动,滑动变阻器接入电路的电阻　变小　,电路中的电流　变大　。
问题7:要使滑动变阻器能够控制灯泡,滑动变阻器应该与灯泡　串　联;如图12-3-10所示是滑动变阻器的结构示意图,滑动变阻器上有　4　个接线柱,要把这些接线柱接入电路,共有　6　种方式。能改变连入电路的电阻的接法有　4　种,A、C和　A、D　连接效果相同,B、C和　B、D　连接效果相同;不能改变连入电路的电阻的接法有　2　种,当选用　C、D　两个接线柱时,滑动变阻器接入电路的电阻几乎为0;当选用　A、B　两个接线柱时,滑动变阻器接入电路的电阻为最大阻值(铭牌上的标示)。
图12-3-10
问题8:如图12-3-11所示,滑动变阻器铭牌上标有“50 Ω　1.5 A”的字样,“1.5 A”表示　该滑动变阻器允许通过的最大电流为1.5 A　,“50 Ω”表示　该滑动变阻器接入电路的最大电阻值是50 Ω　。
图12-3-11
学点2　电阻箱
如图12-3-12甲所示为旋钮式电阻箱,图乙为它的面板,思考并回答下列问题:
图12-3-12
问题1:使用时,将电阻箱的两个接线柱接入电路,调节旋钮即可。读数时,将各旋钮对应指示点的　示数　乘面板上标记的　倍数　,再将它们　相加　就是电阻箱接入电路的电阻值,图乙中连入电路的电阻为　1893　 Ω。电阻箱的电路元件符号是 　。
问题2:滑动变阻器　能　连续地改变连入电路的电阻,但　不能　读出连入电路的阻值;电阻箱的优点是　能　读出连入电路的阻值,但其阻值的改变是跳跃式的,　不能　连续地改变连入电路的电阻。(均选填“能”或“不能”)
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欧姆定律
第三节　变阻器
方式一　【实验导入】
演示实验:如图12-3-1所示,将铅笔芯(电阻由大到小)接入电路,提醒学生观察铅笔芯接入电路的长度、电流表的示数变化及灯的亮度变化情况。
图12-3-1
提出问题:实验中是如何实现控制灯泡亮度变化的 夹子移动时有没有改变铅笔芯的总长度 如果没有,那么改变的是什么的长度
学生讨论交流可得:改变的是铅笔芯接入电路的长度。
问题:本实验在实际应用中有什么不足呢 展示滑动变阻器,引入新课。
方式二　【情境导入】
多媒体播放图片或视频:生活中的变阻器(如图12-3-2所示)。
图12-3-2
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。引入新课。
1.滑动变阻器连入电路的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,首先明确变阻器的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,2B铅笔芯有粗细不同的规格),电流表、灯泡等。
[实验步骤] (1)连接实物图如图12-3-3所示,夹子M、N间可以接入不同规格的铅笔芯。
图12-3-3
(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2H铅笔芯接入M、N间,接入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,长度相同时电阻一般不相等,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。
[中考解读] 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] 滑动变阻器的作用及使用
　　
例1　(成都中考)小张用如图12-3-4所示的电路测量小灯泡的电阻,电流表和电压表选用小量程。闭合开关前,将滑动变阻器的滑片移到最右端的目的是　　　　　　。闭合开关,她发现灯泡不亮,两电表的示数均很小,经过检查,确认电路连接正确,两电表均完好,小张的下一步操作应该是　　　　。
图12-3-4
[答案] 保护电路　移动滑动变阻器的滑片
[解析] 闭合开关前,将滑动变阻器的滑片移到最右端,可使接入电路的电阻最大,目的是保护电路;灯泡不亮,两电表的示数均很小,是因为电路中电阻过大,下一步应移动滑动变阻器的滑片。
例2　(上海中考)如图12-3-5所示的电路中,在定值电阻R1或滑动变阻器R2中,仅有一个发生故障,小浦为研究故障的原因,特地设计了两个方案:
图12-3-5
方案一:通过移动滑动变阻器的滑片P来判断故障的原因,写出开关S闭合后,电流表示数变化情况及对应故障:　 。
方案二:用一个完好的电阻R0替换R1来判断发生的故障,可选用的电阻R0的阻值为　　　 　。
A.R0>R1
B.R0=R1
C.R0[答案] 若电流表的示数发生变化,则故障为R1断路;若电流表有示数且示数不变,则故障为R2断路
AB
[解析] 闭合开关后移动滑片,若电流表的示数发生变化,则故障为R1断路,若电流表有示数且示数不变,则故障为R2断路。
例3　(苏州中考)在图12-3-6中完成探究电流与电压关系的电路连接,使滑动变阻器接入电路的阻值最大。
图12-3-6
　　[答案] 如图所示
[解析] 滑动变阻器应串联在电路中,接线原则是“一上一下”;要使接入电路的阻值最大,应将滑动变阻器左下接线柱与电源的负极连接;电压表并联在电阻两端。
　　为什么电子秤能显示出物重和价格
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”,受到重物挤压时,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
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