物理实验滑动变阻器接法教学设计

物理实验滑动变阻器接法教学设计一、教学目标1.知识与技能：学生能够准确说出滑动变阻器限流接法和分压接法的基本结构特点；能独立画出两种接法的实验电路图；理解两种接法下负载电压的调节原理及范围；掌握两种接法的选择原则，并能根据具体实验要求正确选用。2.过程与方法：通过对比分析、实验探究和小组讨论，学生体验科学探究的过程，提高观察、分析和解决实际问题的能力。培养学生运用物理知识解释实验现象、归纳总结规律的能力。3.情感态度与价值观：激发学生对物理实验的兴趣，培养严谨的科学态度和实事求是的精神。通过对两种接法优缺点的辨析，树立辩证唯物主义观点，认识到合理选择实验方案的重要性。二、教学重难点1.教学重点：滑动变阻器两种基本接法（限流接法与分压接法）的电路结构、工作原理及负载电压（电流）调节范围的分析。2.教学难点：分压接法的工作原理理解；根据实验需求（如调节范围、调节精度、节能等）合理选择滑动变阻器接法的原则。三、教学准备1.实验器材：学生电源（或电池组）、滑动变阻器、待测电阻（或小灯泡）、电压表、电流表、开关、导线若干。（每组一套）2.多媒体资源：PPT课件（包含电路图、实物图、问题讨论等）、实物投影仪。四、教学过程（一）复习导入，提出问题（约5分钟）*教师活动：1.提问：“我们已经学习了滑动变阻器，谁能说说它的构造、原理和在电路中的主要作用？”（引导学生回忆：靠改变接入电路电阻丝的长度来改变电阻，从而改变电路中的电流和部分电路两端的电压。）2.出示一个简单的串联电路（电源、开关、滑动变阻器、小灯泡串联），提问：“同学们请看这个电路，当滑动变阻器的滑片移动时，小灯泡的亮度会如何变化？这种连接方式下，小灯泡两端的电压调节范围是怎样的？”3.引导学生思考：“如果我们希望小灯泡两端的电压能够从零开始连续调节，或者需要比这种连接方式更大的调节范围，仅仅这样连接滑动变阻器能实现吗？”从而引出本节课的主题——滑动变阻器的不同接法及其应用。（二）新课讲授：滑动变阻器的两种基本接法1.限流接法（约10分钟）*教师活动：1.定义与电路组成：结合刚才导入的串联电路，明确这就是“限流接法”。画出其电路图，强调滑动变阻器的“一上一下”两个接线柱接入电路，且与负载（如小灯泡或待测电阻R_x）串联。2.工作原理分析：引导学生分析：滑动变阻器接入电路的电阻R_滑与负载电阻R_x串联，电路总电阻R_总=R_滑+R_x。当滑片移动时，R_滑改变，导致电路总电流I=U/R_总改变，从而负载两端的电压U_x=IR_x也随之改变。由于R_滑的变化，限制了电路中的最大电流，故称为“限流”。3.负载电压调节范围：设电源电动势为E（忽略电源内阻）。*当滑片移到使R_滑最小（理论上为零，取决于变阻器的连接）时，U_x最大，U_xmax≈E。*当滑片移到使R_滑最大（设为R_max）时，U_x最小，U_xmin=E*R_x/(R_max+R_x)。*结论：负载电压调节范围约为[E*R_x/(R_max+R_x),E]。4.优缺点讨论：*优点：电路结构简单，耗能较少（总电阻较大时），操作方便。*缺点：负载电压不能从零开始调节；当R_max与R_x相差不大时，调节范围较小，且在R_滑较大的部分，调节可能不够线性（即滑片移动相同距离，电压变化不均匀）。2.分压接法（约15分钟）*教师活动：1.定义与电路组成：提出问题：“如何才能实现负载电压从零开始调节呢？”引导学生思考滑动变阻器的另一种连接方式。画出分压接法的电路图，强调滑动变阻器的“两下一上”三个接线柱接入电路（即把滑动变阻器的全部电阻丝都并联在电源两端，再从滑片和其中一个下接线柱引出电压给负载）。负载R_x并联在滑动变阻器其中一个“部分电阻”两端。2.工作原理分析：滑动变阻器的两个固定端（下接线柱）直接接在电源两端，此时整个变阻器相当于一个分压电阻。滑片将变阻器分为R_aP和R_bP两部分（假设a、b为下接线柱，P为滑片）。负载R_x与R_aP（或R_bP，取决于具体连接）并联，其两端电压U_x等于R_aP（或R_bP）两端分得的电压。当滑片P移动时，R_aP的阻值改变，从而其两端的分压U_x也随之改变。3.负载电压调节范围（理想情况，R_x远大于R_aP）：设电源电动势为E（忽略电源内阻）。*当滑片P移到与a端重合时，R_aP=0，U_x=0。*当滑片P移到与b端重合时，R_aP=R_max，U_x=E。*结论（理想）：负载电压调节范围约为[0,E]。*教师强调：实际中，由于负载R_x的分流作用，当R_x与滑动变阻器总电阻R_max相当时，调节范围会略小于[0,E]，但相比限流接法，其从零开始调节的优势是明显的。4.优缺点讨论：*优点：负载电压调节范围大，理论上可从零到电源电压；调节线性度较好（尤其当负载电阻远大于变阻器电阻时）。*缺点：电路结构相对复杂；由于变阻器始终有电流通过（即使负载电流为零），耗能较大；在负载电流较大时，变阻器部分电阻可能过热。（三）实验探究与对比分析（约15分钟）*教师活动：1.提出任务：“同学们，我们已经学习了滑动变阻器的两种接法。现在，请大家分组合作，分别用限流接法和分压接法连接电路，测量并记录在不同滑片位置时负载电阻（可用定值电阻代替）两端的电压，体验两种接法的调节特点和差异。”2.实验器材：每组提供学生电源、开关、滑动变阻器（标明最大阻值）、定值电阻（R_x，其阻值可与变阻器最大阻值相当或远大于）、电压表、导线若干。3.实验步骤指导：*分别按照限流接法和分压接法连接电路。特别强调：连接电路时开关必须断开，分压接法时，闭合开关前滑片应置于使负载电压为零的位置（保护负载和电表）；限流接法时，闭合开关前滑片应置于接入电阻最大的位置（保护电路）。*检查电路无误后，闭合开关，缓慢移动滑片，观察电压表的示数变化，记录几组典型数据（如滑片在最左端、最右端、中间位置时的电压值）。*比较两种接法下，电压表示数的调节范围和调节的平滑程度。4.学生活动：分组进行实验操作，记录数据，小组内讨论观察到的现象。教师巡视指导，及时纠正学生在电路连接、操作规范等方面的问题。5.现象与数据交流：实验结束后，邀请几组学生展示他们的实验数据和观察结果，分享在两种接法下的操作体验和发现。（四）两种接法的比较与选择原则（约8分钟）*教师活动：1.引导学生总结：结合理论分析和实验体验，师生共同填写两种接法的比较表格（可预先设计在PPT或学案上）：接法电路图负载电压调节范围（理想）优点缺点:-------:-----------:-----------------------:-------------------------------------:-------------------------------------**限流接法**（图示）[E*R_x/(R_max+R_x),E]电路简单，耗能较少调节范围较小，不能从零开始调节**分压接法**（图示）[0,E]调节范围大（可从零开始），调节线性度较好电路较复杂，耗能较大，变阻器易过热（大电流时）2.选择原则讨论与归纳：引导学生思考，在实际实验中，如何根据实验需求选择合适的接法？*优先考虑限流接法的情况：*负载电阻的阻值R_x与滑动变阻器的最大阻值R_max相差不多，或R_x略小于R_max。*负载两端电压的调节范围不需要从零开始，且限流接法已能满足实验对调节范围的要求。*从节能角度考虑，希望电路消耗的总功率较小。*必须采用分压接法的情况：*要求负载两端电压能够从零开始连续调节。*负载电阻R_x远大于滑动变阻器的最大阻值R_max，采用限流接法时调节范围过小，几乎不起作用。*实验要求负载两端电压的变化范围较大，且精度要求较高。3.强调安全与保护：无论采用哪种接法，闭合开关前都要将滑动变阻器的滑片置于合适的保护位置（限流：阻值最大处；分压：负载电压最小处，通常是滑片置于与负载并联的那段电阻为零处）。（五）课堂小结与巩固练习（约7分钟）*教师活动：1.课堂小结：*回顾滑动变阻器的两种基本接法：限流接法和分压接法的电路结构、工作原理。*强调两种接法的主要区别（调节范围、能耗、结构复杂度）。*重申接法选择的基本原则。2.巩固练习（口头或投影）：*某实验中，电源电压为U，待测电阻R_x的阻值约为几百欧，现有最大阻值为几十欧的滑动变阻器。若要测量R_x的伏安特性曲线，应采用哪种接法？为什么？（引导学生思考：伏安特性曲线通常需要从零开始，且R_x远大于R_滑max，故应采用分压接法。）*在“测定金属的电阻率”实验中，若金属丝电阻较小，电源电压合适，滑动变阻器最大阻值与金属丝电阻相当，采用哪种接法更合适？（引导学生思考：调节范围要求不高，节能，限流接法即可。）（六）布置作业（约2分钟）1.完成教材中关于滑动变阻器接法的练习题。2.设计一个实验方案：给你一个电池组（电动势E）、一个滑动变阻器（最大阻值R_max）、一个额定电压为E/2、额定电流较小的小灯泡，以及开关、导线。要求既能使小灯泡正常发光，又能较方便地调节其亮度（亮度变化范围尽可能大）。画出你选择的电路图，并说明理由。3.预习下一节实验课内容，思考实验中滑动变阻器应如何选择接法。五、板书设计（建议）滑动变阻器接法教学设计一、限流接法1.电路图：（简笔画）2.特点：与负载串联，一上一下。3.原理：R_总=R_滑+R_x→I→U_x。4.电压范围：[ER_x/(R_滑max+R_x),E]5.优缺点：简单、节能；范围小，不能从零调。二、分压接法1.电路图：（简笔画）2.特点：负载并联在部分电阻上，两下一上。3.原理：变阻器分压，滑片移动→分压变化→U_x。4.电压范围：[0,E](理想)5.优缺点：范围大（可从零调）；复杂、耗能多。三、接法选择原则1.限流优先：范围够、R_x≈R_滑max、节能。2.分压必选：从零调、R<sub