用EXCEL探究滑动变阻器的选择和连接.doc

用EXCEL探究滑动变阻器的选择和连接周立（重庆市江津区聚奎中学）摘要：物理教学中培养学生的物理探究意识、探究精神、探究能力。通过引导学生利用Excel探究滑动变阻器两种不同接法的输出特征曲线，从而掌握滑动变阻器的选择和连接。关键词：培养探究能力 利用Excel 滑动变阻器的选择和连接当我们步入21世纪时，世界科学技术正在发生新的重大突破，以信息科学和生命科学为代表的现代科学技术突飞猛进，为世界生产力的发展注入了一剂“强心剂”。高中教育面临着难得的发展机遇，也面临着严峻的挑战。教育部审时度势，根据国家“十五”规划提出的基础教育战略目标和基础教育现状，制定了一系列有关政策和措施。教育部决定：“从2001年起用5至10年左右时间在全国中小学基本普及信息技术教育，全面实施校校通工程，以信息化带动教育的现代化，努力实现基础教育跨越发展。”国家投入大量的人力、物力进行改革的同时，作为教育一线工作者，我们也进行了一系列的学习和自我完善，初步建立了将现代信息技术与高中物理课程加以整合，以培养学生的物理探究意识、探究精神、探究能力为宗旨，以物理实验为主要教学方法，以学生为主体、教师为主导、学生自主探究为主线的，以自主探究为核心的高中物理能力培养模式。在高中物理新知识教学过程中，采用这种方法进行教学，学生始终处于主动探索、主动思考的认知主体位置，但是又离不开教师的引导，尽管教师在整个过程中只起到辅助作用，但是对学生建构意义的帮助很大，从而充分体现了教师指导作用与学生主体作用的结合。通过这种教学，通过不同观点的争论、补充、修正、加深每个学生对当前问题的理解，使他们都能够更加深刻地掌握物理概念、公式、定理、思想、方法等的知识。在高考复习的过程中，我们同样能够采取这个方法教学，来使同学们对某些问题的理解更加深刻，在解决实际问题的过程中更加游刃有余。接下来，我们通过引导学生利用信息技术知识来探究电学实验中滑动变阻器的选择和连接问题。电学仪器的选择一直是全国各地高考的热点和重点，其中，滑动变阻器的选择和连接是高考实验题中重中之重，面对电学实验题中的滑动变阻器的高出错率，根据教学中出现的问题，笔者认为有必要从另一个角度来让学生来认识滑动变阻器的选择和连接问题。在高三年级的日常教学中，更多的是对知识点的一种反复强化，最终达到掌握的目的。对滑动变阻器的选择和连接问题，在复习过程中，以前笔者往往注重的是对几个原则的强调，如“安全性原则、科学性原则、节能性原则”，要求学生记忆。但是学生们遇到新题又处于迷茫状态，导致似懂非懂。怎么办？物理图像可以恰当地表达各种现象的物理过程和物理规律，可以使物理量之间的函数关系明确，还可以恰当地表示用语言难以表达的内涵。于是，我们通过引导学生利用EXCEL探究如何选择和连接滑动变阻器。Microsoft Office办公软件中的Excel电子表格软件具有强大的数据统计、分析功能，不仅能进行复杂的公式运算，而且能以各种形式的图形、图像直观地表示数据分布规律。利用Excel具有丰富的内置函数和强大的计算及图形处理功能对物理实验数据进行处理，减少枯燥的数据运算，防止运算中的错误，它的图表功能使得利用数据作图变得非常容易，便于对实验结果进行分析。我们将利用Excel的内置函数或编辑公式和图表向导功能绘制图像，直观明了地进行分析比较，找出如何选择和连接滑动变阻器的方法。1.限流接法中滑动变阻器的选择R0RxES图示电路为限流式电路，电源电动势为E，内阻不计，滑动变阻器阻值为R0，被测电阻的阻值为Rx。闭合开关后，Rx两端电压为，若E=6V，R0=0100，Rx分别取10、20、50、100、200、500。下面用Excel探究电压Ux随电阻R0变化规律。打开Excel窗口，建立一个工作表。在单元格A1中输入“Rx”，在单元格B1中输入“R0”，在单元格C1中输入“Ux”。首先取Rx为10。在单元格A2A12中均输入“10”，在单元格B2B12中分别输入“0、10、20、100”，在单元格C2C12中输入公式“=6/（1+Bi/Ai）”（i取2、3、4、11）。这样，在该工作表中就可以得到电压Ux随电阻R0变化的数据关系。选择数据区域“A2：B12”。利用图表向导功能，在“图表类型”中选择“X、Y散点图”，在“子图表类型”中选择“无数据点平滑线散点图”，在编辑后又可以得到与之对应的UxR0曲线。然后，依次取Rx分别为20、50、100、200、500，又可以得到Rx取不同数值时，Ux随R0变化的数据如下表所示。Ux/VR0/0102030405060708090100Rx/106.00 3.002.001.501.201.000.860.750.670.60 0.55206.00 4.003.002.402.001.711.501.331.201.091.00506.00 5.004.293.75 3.333.002.732.502.312.142.001006.00 5.455.004.624.294.003.753.533.33 3.163.002006.00 5.715.455.225.004.804.624.444.294.144.005006.00 5.885.77 5.665.56 5.455.365.265.175.085.00获得数据后，在Rx=10所对应的图表上，点击鼠标右键，选择“源数据”，在“系列”选项中选择“添加”，命名为“Rx=20”，在“X值”输入“=Sheet1!$B$2:$B$12”，在“Y值”输入“=Sheet1!$C$2:$C$12”，确定后在同一图表中获得Rx=20时对应的UxR0曲线。同样的操作，获得在同一图表中当Rx取不同数值时的UxR0曲线，如下图。这些图线称为限流接法的输出特征曲线，通过分析上图，可以得到以下结论：（1）Rx越大，曲线距原点越远，线性程度越高，Rx的电压越易调节，但是电压调节范围却变得越来越小。（2）RxR0时，由图线可知，曲线接近直线，Rx的电压易调节，但是电压调节范围过小，滑动变阻器起不到调节作用。（3）Rx R0时，由图线可知，曲线非常弯曲，当R0在020的绝大部分范围内变化时，Rx两端电压调节范围过小，起不到调节电压的作用；当Rx的电压能在较大范围变化时，R0却在过小的范围内变化，滑动变阻器不易控制，造成调节精度过低。所以，在满足题目调压范围的前提下，应尽量选择电阻较为接近用电器电阻的变阻器。2.分压接法中的滑动变阻器的选取R0RES图式电路为滑动变阻器分压接法，电源电动势为E，内阻不计，滑动变阻器的阻值为R（可在0100之间变化），被测电阻的阻值为R0分别为10、20、50、100、200，闭合开关后，当滑动变阻器左端的电阻为Rx时，R0两端的电压为下面用Excel探究电压U0随电阻Rx的变化规律。打开Excel窗口，建立一个工作表。在单元格A1中输入“R0”，在单元格B1中输入“Rx”，在单元格C1中输入“U0”。首先取R0为10。在单元格A2A12中均输入“10”，在单元格B2B12中分别输入“0、10、20、100”，在单元格C2C12中输入公式“=6/（1+（Ai-Bi）（100+Bi）/Ai/Bi）”（i取2、3、4、11）。这样，在该工作表中就可以得到电压U0随电阻Rx变化的数据关系。选择数据区域“A2：B12”。利用图表向导功能，在“图表类型”中选择“X、Y散点图”，在“子图表类型”中选择“无数据点平滑线散点图”，在编辑后又可以得到与之对应的U0Rx曲线。然后，依次取Rx分别为20、50、100、200、500，又可以得到Rx取不同数值时，U0随Rx变化的数据如下表所示。U0/VRx/0102030405060708090100R0/100.00 0.320.460.580.710.861.061.351.852.846.00200.00 0.410.670.881.091.331.642.052.673.726.00500.00 0.510.911.271.62 2.00 2.43 2.96 3.64 4.586.001000.00 0.55 1.03 1.49 1.94 2.40 2.90 3.47 4.14 4.956.002000.00 0.57 1.11 1.63 2.14 2.67 3.21 3.80 4.44 5.17 6.005000.00 0.59 1.16 1.73 2.29 2.86 3.44 4.03 4.65 5.30 6.00获得数据后，在Rx=10所对应的图表上，点击鼠标右键，选择“源数据”，在“系列”选项中选择“添加”，命名为“R0=20”，在“X值”输入“=Sheet1!$B$2:$B$12”，在“Y值”输入“=Sheet1!$C$2:$C$12”，确定后在同一图表中获得R0=20时对应的U0Rx曲线。同样的操作，获得在同一图表中当Rx取不同数值时的U0Rx曲线，如下图。分析图可得出以下结论：（1）R0越大，图线线性程度越高，Rx的电压越易调节，调节精度越高。（2）当R0R时，U0RxE/R，则函数图线非常接近直线。R0的电压U0可随着Rx的均匀增加而均匀增加，电压U0几乎就由Rx决定，而Rx的影响可以忽略不计。因此，这种情况下电压容易调节，且调节精度高。所以，控制电路采用分压式接法时滑动变阻器的最大阻值应