利用Excel圖表功能突破滑動變阻器選擇的教學難點

張邦利

(黃巖中學 浙江 臺州 318020)

滑動變阻器是電學實驗中常用的器材，滑動變阻器的“選擇”問題是中學物理實驗教學的難點，也是歷年高考的一個重要考點.這里既涉及到滑動變阻器阻值的選擇，又涉及到滑動變阻器連接方式的選擇，成為學生最不易掌握的難點內容.文中利用Excel軟件制作圖表很方便地突破了滑動變阻器選擇這一教學難點.

1 滑動變阻器限流接法選擇

由圖1，2得，電壓表讀數Ux與滑動變阻器有效電阻RL的關系公式

圖1 圖2

調節滑動變阻器可得Ux變化范圍

設電源電動勢E=10 V(內阻不計),Rx=50 Ω，滑動變阻器最大阻值R=10 Ω.

(1)打開Excel軟件.如圖3，在D1單元格中輸入“Rx= ”，E1單元格中輸入“50”，D2單元格中輸入“R= ”，E2單元格中輸入“10”，D3單元格中輸入“E= ”，E3單元格中輸入“10”.

(2)在A1單元格中輸入“RL”，在A2單元格中輸入公式“ =$E$2/100*(ROW()-2)”， 然后選A2單元格，將鼠標移到A2的右下角，當鼠標的符號變為實心“+”時，按住左鍵往下拖動，Excel自動在A2到A102的單元格內填充數值.

(3)在B1單元格中輸入“Ux”，在B2單元格中輸入公式“=($E$1/($E$1+A2))*$E$3”，回車確定，然后選B2單元格，將鼠標移到B2的右下角，當鼠標的符號變為實心“+”時雙擊，此時Excel會自動在B2到B102的單元格內計算出與A列中電阻值相對應的Ux值.

(4)單擊菜單欄中的插入項，彈出下拉菜單，選圖表，彈出圖表向導對話框，在圖表類型中選擇XY散點圖，并在子圖表類型中選擇無數據點平滑線散點圖，單擊[下一步]選擇數據區域范圍為A2∶B102，再點擊[下一步]，在相應位置輸入圖表名稱、坐標軸名稱，點擊[完成],即可得圖3.

圖3

由圖3可直觀地看出：當R?Rx(R=10 Ω)時，Ux與RL幾乎成線性關系，Ux的變化范圍為10.0～8.3 V，電壓變化范圍較小，不便測出多組數據.

當E2單元格分別賦值R=200和R=1 000，Excel系統就會自動快速地生成圖4,圖5.

圖4 限流式接法R= 200 Ω

圖5 限流式接法R= 1 000 Ω

2 滑動變阻器分壓接法選擇

由圖6得，Rx的電壓Ux與滑動變阻器左端分壓電阻RL的關系公式

圖6

取電源電動勢E=10 V(內阻不計)，Rx=50 Ω，R=10 Ω，利用Excel的圖表功能制作Ux-RL圖，具體操作和限流接法相類似：在B1單元格輸入“Ux”，在B2單元格中輸入公式“=((A2*$E$1)/(A2+$E$1))/((A2*$E$1)/(A2+$E$1)+($E$2-A2))*$E$3”,Ux-RL關系如圖7所示.

當E2單元格分別賦值R=100和R=1 000，Excel系統自動快速地生成圖8,圖9.

圖7

圖8 分壓式接法R= 100 Ω

圖9 分壓式接法R= 1 000 Ω

由圖線可直觀看出，電路的分壓特點是Ux可以從零開始連續調節，調節范圍大.不同的R值對應的Ux圖線變化趨勢不同，滑動變阻器的最大阻值越小，Ux-RL越趨于線性關系，在實驗操作中越方便調節.當R?Rx(如R=1 000 Ω圖9線)，滑片從左向右移動時，Ux幾乎不隨滑片移動而改變；滑片靠近右端，RL較大時，Ux突然急劇變化，很不便于實驗操作.所以滑動變阻器使用分壓接法時，滑動變阻器阻值通常比Rx阻值小，一般小1～4倍測量較方便.太小則流過電源電流太大，不節能且可能燒毀電源.

物理圖像可以形象直觀地表達各種物理現象的過程和規律，使物理量之間的函數關系明確，還可以恰當地表示用語言難以表達的內涵.Excel的圖表功能很好地豐富了我們的教學手段，有效地突破教學中的難點.