例談滑動變阻器一類特殊接法

楊慧蓮

【摘要】以一道真題為例，探討滑動變阻器的一類特殊接法，以拓寬學生的思維，發展學生的核心素養.

【關鍵詞】初中物理；滑動變阻器；接法

1問題提出

近年來，中考不時出現滑動變阻器的另一類特殊接法：如圖1所示，滑動變阻器下面兩個接線柱直接串接在電路中，同時上面接線柱通過電壓表串接入電路中.分析圖1可以發現，這種電路的特點是：滑動變阻器始終以最大阻值接入電路中，滑片的移動不會引起電路總電阻的變化，所以電路中的電流不變，用電器的工作情況不變.而唯一變化的是電壓表的示數，而且因為電壓表的示數與滑動變阻器接入電路中的電阻（電阻線的長度）成正比.這種接法課本上沒有，如果教學中被忽略，學生很容易出錯，因此應該引起教師的重視.

2真題再現

物理實驗小組準備自制一臺可以測量身高的簡易儀器.實驗器材：電源、定值電阻、電阻絲、電壓表、開關、導線等.實驗方案：在電阻絲上安裝一個滑片，將電阻絲改成滑動變阻器；再將電壓表改成顯示身高的顯示儀，身高越高，電壓表顯示的讀數越大，并且刻度均勻.

（1）如圖2是實驗小組設計的身高測量儀的電路圖.指導教師認為實驗小組的設計存在不合理的地方，下面分析正確的是（）

（A）滑動滑片P，電路中的總電阻不會發生改變.

（B）身高越高，電壓表顯示的讀數越小.

（C）電壓表讀數的變化量和測量身高的變化量不成正比關系.

（D）電壓表的讀數無法由0變化到最大值.

（2）實驗小組在指導教師的幫助下修改電路，設計出了正確電路，下列電路正確.

（3）確定正確的電路后，實驗小組開始選擇器材的參數，使用一個電壓為12V的電源、一根長度為80cm的均勻電阻絲（已知電阻絲每厘米的電阻為0.5Ω）、一個量程為3V的電壓表.如果能夠使此電路測量身高的范圍最大，并且精度最高，應該選擇定值電阻的阻值為________Ω.

（4）實驗小組利用選擇好的器材連接好電路，并對身高為160cm的學生進行了測量.電壓表的讀數為1.45V.實驗小組再對另外一名學生進行了測量，電壓表的讀數為1.2V，則他的身高為________cm.

3試題賞析

這道題目重點考查電路分析和歐姆定律在生活中的應用，是一道體現物理走向生活、走向社會的好題.

（1）圖2電路中，滑動變阻器和定值電阻串聯，電壓表測量滑動變阻器兩端電壓，移動滑片時，滑動變阻器接入電路中的電阻改變，電路中的總電阻隨之改變，所以（A）錯誤；當所測身高增大，滑動變阻器接入電路中的電阻增大，電路中總電阻增大，串聯電路電流減小，根據U=IR可知定值電阻兩端電壓減小，而定值電阻兩端電壓和滑動變阻器兩端電壓之和是電源、電壓、保持不變，定值電阻兩端電壓減小，所以滑動變阻器兩端電壓增大，電壓表示數增大，故（B）錯誤；設滑動變阻器接入電路中的電阻為R2，則電壓表的示數為U2=U×R2R1+R2=（1-R1R1+R2）U，雖然圖中滑動變阻器的下半部分接入電路中，其接入電路中的電阻與人的身高變化量成正比，但是電壓表的示數U2與滑動變阻器接入電路中的電阻R2不成正比，故電壓表的示數并不與身高變化量成正比，因此（C）正確；圖中當P滑至滑動變阻器最下端時滑動變阻器被短路，電壓表示數為0，滑片到滑動變阻器最上端，滑動變阻器接入電路中電阻最大，電壓表示數最大，所以（D）錯誤.

（2）由上分析，甲圖雖然隨著身高增大電壓表示數也變大，但是示數和身高變化量不成正比，所以該電路不太合理；乙圖電壓表測量定值電阻兩端電壓，當滑片上移時滑動變阻器接入電路中電阻變大，電路中電流減小，定值電阻兩端電壓減小，電壓表示數減小，所以乙電路圖不合理；丙圖滑動變阻器始終以最大阻值和定值電阻串聯，電路中電阻不變故而電流不變，而電壓表測量的是滑動變阻器滑片上半段的電壓，當身高增大滑片向上時這段電阻變小加在其兩端電壓也減小，使電壓表示數減小，所以也不符合題意；丁圖和丙圖大體相同，但是電壓表測量的是滑片下半段的電壓，因為該段電阻與身高變化量成正比，而電壓表示數是UR1+R2最大RP下，由于UR1+R2最大是定值，RP下和身高變化量成正比，所以電壓表示數和身高變化量成正比，因此該設計是最合理的.選丁.

（3）由題意得，滑動變阻器的最大電阻是80cm×0.5Ω/cm=40Ω.要使測量身高的范圍最大，而且精確度最高，就是要使滑動變阻器接入電路中的電阻是40Ω時電壓表示數為3V，即U2=3V，這時串聯電路的電流是I=U2/R2=3V/40Ω=0.075A，定值電阻兩端電壓是U1=U-U2=12V-3V=9V，由串聯電路電壓和電阻成正比可得，R1的阻值應該是U1U2R2=9V3V×40Ω=120Ω.

（4）當電壓表示數為1.5V時，滑動變阻器與電壓表并聯部分的電阻是R21=U21I1=1.5V0.075A=20Ω，滑片向上滑動的距離是20Ω÷0.5Ω/cm=40cm；同樣的，當電壓表示數為1.2V時，滑動變阻器與電壓表并聯部分的電阻是R22=U22I2=1.2V0.075A=16Ω，滑片向上滑動的距離是16Ω÷0.5Ω/cm=32cm，因為32cm比40cm少了8cm，所以另一名學生的身高是160cm-8cm=152cm.

4啟示

這道考題給了我們以下啟示

（1）關注生活，注重聯系實際.

物理試題越來越注重將物理知識生活化，越來越注重聯系實際.因此，教師一定要注意培養學生學用結合的能力，讓學生利用生活的經驗促進物理知識的學習，通過物理知識在生活中的應用加強對物理知識的理解.

（2）高于課本，注重思維發展

試題考查的知識并不僅限于課本，更注重學生物理思維的考查，因此，加強學生建模能力、分析解決問題能力的培養是教學的重中之重，成為教師需要著力解決的問題.

（3）分析真題，注重教學相長

不少教師在培養學生解決新問題能力這方面的經驗、能力還有所欠缺，而且學生自己解決新問題能力的培養也很難在短期內見效，因此，教師應該廣泛、認真地分析各地的考題，善于發現一些新的問題、新的解題方法，給學生適當地講解，以實現教學相長.

參考文獻：

［1］石海生.初中物理實驗中常見科學方法教育策略研究[D].四川師范大學，2021.

[2]拾景忠，劉淑娥.滑動變阻器的特殊接法及其應用[J].物理教師，2009，30（01）：10-12.