利用幾何畫板深入討論電學實驗中滑動變阻器的選擇

夏少標

(江蘇省六合高級中學　江蘇 南京　211500)

?

利用幾何畫板深入討論電學實驗中滑動變阻器的選擇

夏少標

(江蘇省六合高級中學江蘇 南京211500)

幾何畫板有著強大的繪圖功能，在高中物理課堂上用好幾何畫板，有利于教學難點的突破，同時還能提高課堂效率.本文就利用幾何畫板突破電學實驗中“滑動變阻器的選擇”展開論述.

幾何畫板滑動變阻器限流分壓

規則：在電學實驗中，有關控制電路滑動變阻器的選擇問題，在滿足安全的前提下，通常有著這樣的規則：“限流接法時滑動變阻器選擇最大阻值比被測電阻略大幾倍或差不多大，不宜太大也不宜太小；分壓接法時選擇最大阻值小的，且在不超過額定電流的情況下，最大阻值越小越好.”

學生的疑惑：第一，這里的“幾倍”到底是多少？第二，為什么會有這樣的規定？

常見的解釋：對于限流接法的選擇，教師往往是定性地告訴學生，變阻器阻值太大時，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，不能起到調節控制作用.

對于分壓電路中選擇最大阻值小的變阻器，教師往往要求學生硬性記住，也有教師會告訴學生選擇最大阻值小的變阻器時，當移動滑片時，負載上的電壓變化較均勻.

筆者的思考：以上做法不利于學生的理解和記憶，想要學生信服，有兩種可行的方法，一是，做演示實驗，通過實驗說明問題；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隨變阻器滑片移動的距離x變化的圖像，學生便一目了然了.第二種方法相比較有著省時的優點，更為廣大教師教學中所接受.

1　限流解法的討論

如圖1所示，設被測電阻Rx分得電壓為U，根據串并聯電路規律可得

設

則有

圖1

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

結論: 臨界角速度的平方與μ成正比，與轉動半徑R成反比.

可以用幾何畫板中的螞蟻坐標系建立直角坐標系，然后新建參數k，最后繪制函數圖像.畫好圖后可以改變參數k值，比較圖像，如圖2所示.

圖2

由圖像對比，不難發現當k值較大時，即變阻器最大阻值太小，被測電阻電壓的調節范圍太小；當k值較小時，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.通過對比分析，不難理解限流接法時控制電路滑動變阻器應如何選擇.應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，同時電壓隨移動距離趨于線性變化.

2　分壓接法的討論

如圖3所示，設被測電阻Rx分得電壓為U，根據串并聯電路規律可得

設

則有

利用幾何畫板畫圖像，假設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，可畫出如圖4所示圖像.

圖4

通過圖像對比，不難發現k值越大，即滑動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，通過的電流也會越大，故分壓電路應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中的應用.物理教學討論,2013(6)：51

2016-03-14)