利用幾何畫板深入討論電學(xué)實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器的選擇

夏少標(biāo)

(江蘇省六合高級(jí)中學(xué)　江蘇 南京　211500)

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利用幾何畫板深入討論電學(xué)實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器的選擇

夏少標(biāo)

(江蘇省六合高級(jí)中學(xué)江蘇 南京211500)

幾何畫板有著強(qiáng)大的繪圖功能，在高中物理課堂上用好幾何畫板，有利于教學(xué)難點(diǎn)的突破，同時(shí)還能提高課堂效率.本文就利用幾何畫板突破電學(xué)實(shí)驗(yàn)中“滑動(dòng)變阻器的選擇”展開論述.

幾何畫板滑動(dòng)變阻器限流分壓

規(guī)則：在電學(xué)實(shí)驗(yàn)中，有關(guān)控制電路滑動(dòng)變阻器的選擇問題，在滿足安全的前提下，通常有著這樣的規(guī)則：“限流接法時(shí)滑動(dòng)變阻器選擇最大阻值比被測電阻略大幾倍或差不多大，不宜太大也不宜太??；分壓接法時(shí)選擇最大阻值小的，且在不超過額定電流的情況下，最大阻值越小越好.”

學(xué)生的疑惑：第一，這里的“幾倍”到底是多少？第二，為什么會(huì)有這樣的規(guī)定？

常見的解釋：對(duì)于限流接法的選擇，教師往往是定性地告訴學(xué)生，變阻器阻值太大時(shí)，被測電阻分得的阻值太小，不易測量；反之，變阻器阻值太小時(shí)，不能起到調(diào)節(jié)控制作用.

對(duì)于分壓電路中選擇最大阻值小的變阻器，教師往往要求學(xué)生硬性記住，也有教師會(huì)告訴學(xué)生選擇最大阻值小的變阻器時(shí)，當(dāng)移動(dòng)滑片時(shí)，負(fù)載上的電壓變化較均勻.

筆者的思考：以上做法不利于學(xué)生的理解和記憶，想要學(xué)生信服，有兩種可行的方法，一是，做演示實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)說明問題；二是，可以借助于幾何畫板繪制在選用不同變阻器的情況下，測量電路電壓U隨變阻器滑片移動(dòng)的距離x變化的圖像，學(xué)生便一目了然了.第二種方法相比較有著省時(shí)的優(yōu)點(diǎn)，更為廣大教師教學(xué)中所接受.

1　限流解法的討論

如圖1所示，設(shè)被測電阻Rx分得電壓為U，根據(jù)串并聯(lián)電路規(guī)律可得

設(shè)

則有

圖1

利用幾何畫板畫圖像，假設(shè)U0=5 V，考慮到x的范圍為0≤x≤1，公式可以改寫為

結(jié)論: 臨界角速度的平方與μ成正比，與轉(zhuǎn)動(dòng)半徑R成反比.

可以用幾何畫板中的螞蟻?zhàn)鴺?biāo)系建立直角坐標(biāo)系，然后新建參數(shù)k，最后繪制函數(shù)圖像.畫好圖后可以改變參數(shù)k值，比較圖像，如圖2所示.

圖2

由圖像對(duì)比，不難發(fā)現(xiàn)當(dāng)k值較大時(shí)，即變阻器最大阻值太小，被測電阻電壓的調(diào)節(jié)范圍太小；當(dāng)k值較小時(shí)，即變阻器最大阻值太大，又極其不便于操作，開始電壓變化太慢，到最后電壓又變化太快.通過對(duì)比分析，不難理解限流接法時(shí)控制電路滑動(dòng)變阻器應(yīng)如何選擇.應(yīng)選擇最大阻值為被測電阻2～5倍的變阻器最合適，電壓的變化范圍比較大，同時(shí)電壓隨移動(dòng)距離趨于線性變化.

2　分壓接法的討論

如圖3所示，設(shè)被測電阻Rx分得電壓為U，根據(jù)串并聯(lián)電路規(guī)律可得

設(shè)

則有

利用幾何畫板畫圖像，假設(shè)U0=5 V，考慮到x的范圍為0≤x≤1，公式可以改寫為

圖3

同樣利用幾何畫板畫圖，并改變參數(shù)，可畫出如圖4所示圖像.

圖4

通過圖像對(duì)比，不難發(fā)現(xiàn)k值越大，即滑動(dòng)變阻器的最大阻值越小，圖像越接近線性，操作越方便.不過變阻器的最大阻值越小，通過的電流也會(huì)越大，故分壓電路應(yīng)在滿足安全的前提下，選擇最大阻值小的變阻器.

1緞秀琴.幾何畫板在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用.物理教學(xué)討論,2013(6)：51

2016-03-14)