师:同学们好,这节课我们来学习初中物理北师大版九年级全一册第十一章第八节变阻器。大家看,这是生活中亮度可以调节的台灯。请同学们观察,当转动调光台灯旋钮时,灯泡的亮度是否会发生变化?
生:(观察)
师:通过观察可以发现,转动调光台灯的旋钮,灯光能变亮,也能变暗。那请同学们思考一下,调光台灯的亮度为什么会发生变化呢?现在,我们把一个小灯泡连在电路中,想一想,如何改变小灯泡的亮度?
生:可以改变电路中电池的个数。
师:这种方法确实能改变灯泡的亮度,但灯泡的亮度不能连续改变。如果要连续改变灯泡的亮度,可以采用什么方法呢?通过上一节的学习,我们知道可以在电路中串联一段电阻丝,通过改变电阻丝阻值的大小,也能改变灯泡的亮度。那请同学们思考,如何改变电阻丝阻值的大小?
生:可以从影响电阻大小的因素入手,通过改变电阻丝的长度、粗细、材料和温度,都能改变电阻丝阻值的大小。
师:改变哪一个因素更方便呢?
生:改变电阻丝的长度更方便一些。
师:接下来,我们通过实验看看,改变电阻丝的长度能不能连续改变灯泡的亮度。
(实验进行)
师:通过实验可以发现,当接入电路中电阻丝的长度越长时,灯泡的亮度越暗。在这个实验中,小灯泡的亮度虽然可以连续变化,但是亮度变化不明显。如果想让灯泡的亮度改变更明显一些,应该怎么办呢?
生:可以使电阻丝的阻值变化更大一些。
师:如何使电阻丝的阻值变化更大一些呢?
生:可以选择一个更长的电阻丝。
师:但是长的电阻丝用起来很不方便,容易缠绕。怎么解决这个问题呢?
生:可以把长直的电阻丝紧密地绕在瓷筒上,这样能有效地缩短装置的长度。
师:把电阻丝紧密地缠绕起来后,由于它们之间彼此不绝缘,电流就会直接穿过电阻丝。怎么解决这个问题呢?
生:可以给电阻丝外面加上绝缘层。
师:加上绝缘层之后无法接入任意长度,只能将整段电阻丝接入电路。怎样将它们接入电路,才能达到改变接入电路中电阻丝长度的目的呢?
生:可以除去与导线夹接触的部分绝缘层,这样既可以解决彼此绝缘的问题,又能达到改变接入电路中电阻丝长度的目的。
师:实际上,为了在瓷筒上绕更多的电阻丝,我们用绝缘漆替代了绝缘外皮,然后把与导线夹接触部分的绝缘漆刮掉,实现有效的接通。但是导线夹如何固定呢?
生:可以利用滑片代替导线夹固定在金属杆上,这样就做成了我们实验室用的滑动变阻器。
师:滑动变阻器的原理是通过改变接入电路中电阻丝的长度来改变接入电路中电阻的大小。接下来,我们一起来看一下滑动变阻器的构造。滑动变阻器有四个接线柱,下面两个接线柱AB与表面涂有绝缘层的电阻丝的两端相连。上面两个接线柱与金属杆的两端相连,电阻丝绕在瓷筒上形成线圈,与金属滑片相接触的电阻丝表面的绝缘漆刮掉,与金属滑片接通,金属滑片固定在金属杆上,金属杆和瓷筒都固定在支架上。
在实验中,为了研究问题的方便,我们通常会用到滑动变阻器的结构示意图和它的电路图元件符号。这是滑动变阻器的结构示意图,它有a、b、c、d四个接线柱,下面的波折线代表的是它的电阻丝,箭头是滑片p,这是滑动变阻器电路图元件符号。我们在画电路图的时候就要用到电路图的元件符号。
在滑动变阻器上面有一个标签,这个标签是滑动变阻器的铭牌,铭牌上面有一个电阻值和一个电流值,“20欧姆”表示的是滑动变阻器接入电路中的最大电阻是20欧姆,“2安培”表示的是滑动变阻器允许通过的最大电流是2安培。滑动变阻器有4个接线柱,但是接入电路中只要其中两个接线柱,那么如何连接呢?从四个接线柱中选择两个接线柱接入电路,有几种接法?
生:一共有6种接法,分别是AC两个接线柱接入电路,AD两个接线柱接入电路,BC两个接线柱接入电路、BD两个接线柱接入电路、CD两个接线柱接入电路以及AB两个接线柱接入电路。
师:那么这6种接法都能改变接入电路中电阻的大小吗?接下来我们通过实验来探究一下。把滑动变阻器串联在电路中,使AC两个接线柱接入电路进行实验。请同学们观察实验现象。闭合开关进行实验,把滑动变阻器的滑片向左调节,观察灯泡的亮度和电流表示数的变化;将滑动变阻器向右调节,观察灯泡的亮度及电流表示数的变化。
生:(观察并记录)当滑动变阻器的滑片向左调节时,电流表的示数变大,灯泡变亮;当滑动变阻器的滑片向右调节时,电流表的示数变小,灯泡变暗。
师:把实验数据记录在表格中。把AD两个接线柱接入电路进行实验。请同学们观察实验现象。闭合开关进行实验,向左调节滑动变阻器,观察灯泡的亮度和电流表示数的变化;滑动变阻器向右调节,观察灯泡的亮度及电流表示数的变化。
生:(观察并记录)当滑动变阻器的滑片向左移动时,电流表的示数变大,灯泡的亮度变亮;当滑动变阻器的滑片向右移动时,电流表的示数变小,灯泡变暗。
师:把实验现象记录在表格中。将滑动变阻器BC两个接线柱接入电路进行实验,观察实验现象。闭合开关,向右移动滑动变阻器,观察灯泡的亮度及电流表示数的变化;向左移动滑动变阻器,观察灯泡的亮度及电流表示数的变化。
生:(观察并记录)当向左移动滑动变阻器时,电流表的示数变小,灯泡的亮度变暗;当向右移动滑动变阻器的滑片时,电流表的示数变大,灯泡的亮度变亮。
师:把实验现象记录在表格中。将滑动变阻器BD两个接线柱接入电路进行实验。请同学们观察一下实验现象。闭合开关进行实验,将滑动变阻器的滑片向右移动时,观察灯泡的亮度及电流表示数的变化;将滑动变阻器向左移动时,观察灯泡亮度及电流表示数变化。
生:(观察并记录)当滑动变阻器的滑片向左移动时,电流表示数变小,灯泡的亮度变暗;当滑动变阻器的滑片向右移动时,电流表的示数变大,灯泡的亮度变亮。
师:将实验数据记录在实验表格中。将滑动变阻器CD两个接线柱接入电路进行实验。请同学们观察实验现象。闭合开关进行实验,滑动变阻器滑片向左移动,观察灯泡亮度及电流表示数变化;滑动变阻器向右移动,观察电流表示数及灯泡亮度变化。
生:(观察并记录)当滑动变阻器的滑片向左移动时,电流表的示数不变,灯泡的亮度也不变;当滑动变阻器的滑片向右移动时,电流表的示数不变,灯泡的亮度不变。
师:将实验现象记录在实验表格中。把滑动变阻器AB两个接线柱接入电路进行实验。请同学们观察实验现象,闭合开关,滑动变阻器向左移动,观察灯泡亮度及电流表示数变化;滑动变阻器向右移动,观察灯泡亮度及电流表示数变化。
生:(观察并记录)当滑动变阻器的滑片向左移动时,电流表的示数不变,灯泡的亮度不变;当滑动变阻器的滑片向右移动时,电流表的示数不变,灯泡的亮度不变。
师:将实验现象记录在实验表格中。接下来我们对实验过程中记录的数据进行分析。通过分析可以发现在最后两次实验中,向左、向右调节滑动变阻器的滑片,电流表的示数和灯泡的亮度都没有发生变化。这是为什么呢?
生:最后两次实验中,分别是把滑动变阻器上面两个接线柱CD,还有下面两个接线柱AB接入电路。当滑动变阻器同时选择上面两个接线柱CD接入电路中时,此时没有电阻线连入,电路是上面的金属杆接入电路中,而金属杆的横截面积比较大,电阻比较小,所以阻值基本上等于0。无论怎么移动滑动变阻器的滑片,始终是金属杆接入电路,电阻始终为零,此时滑动变阻器在电路中相当于一根导线。当把AB两个接线柱接入电路中时,接入电路中的电阻线是AB这一段,无论怎么移动滑动变阻器的滑片,接入电路中的电阻始终是AB这一段,相当于定值电阻,起不到改变电阻的作用,但是此时接入电路中的电阻丝最长,电阻最大,电路中的电流比较小,可以限制电路中的电流,起到保护电路的作用。
