9年级上册人教版物理 第十六章 电压 电阻 第4节 变阻器 逐字稿-4,839字

  师:同学们,大家好。请准备好学习任务单,跟老师一起开始今天的学习。生活中有许多可调节工作状态的用电器,比如亮度可调节的台灯,台灯亮度能随着调节发生连续性变化。那么,灯泡的亮度为什么会发生变化呢?把一只小灯泡接入电路,有哪些方法能让灯泡亮度发生连续性变化?

  我们知道,改变接入电路中电池的个数,即改变电源电压,可以改变灯泡亮度,但此时灯泡亮度不能连续变化。上节课学习电阻时,我们了解到在电路中串联一根电阻丝,通过改变电阻丝的材料、长度、横截面积,都能改变电路中电流大小,从而使灯泡亮度改变。

  现在,将一根电阻丝与灯泡串联,接入电路,闭合开关,移动导线夹,改变接入电路中电阻丝的长度,灯泡亮度会怎么改变呢?大家看,闭合开关,小灯泡发光,电路中的电流从电源正极经开关、电阻丝AB段、小灯泡回到电源负极。向AC段移动导线夹,灯泡亮度变暗。

  通过实验可以看到,移动导线夹,接入电路中的电阻丝长度变长,电阻变大,灯泡亮度变暗。但实验中灯泡亮度变化不明显,怎样才能让灯泡亮度变化更明显呢?这就需要选择一根电阻变化范围更大的电阻丝。怎样使电阻丝变化范围更大呢?可以增加电阻丝长度,串联一根更长的电阻丝。不过,电阻丝越长,所占空间越大,不方便操作。怎么更好操作,又不占太大空间呢?同学们想想,生活中碰到较长的线或绳怎么收纳?对,可以缠绕起来。同样道理,我们可以将较长的电阻丝缠绕在绝缘体磁筒上,形成线圈,改变导线夹在线圈上的位置,就能改变接入电路中电阻丝的长度。

  但怎么在有限的磁筒上缠绕更多电阻丝呢?让电阻丝在瓷筒上紧密缠绕,这样就能使电阻的阻值变化范围更大。然而,把这样的电阻丝接入电路,电流从一根导线夹流入,会横向流过电阻丝,直接流向另一根导线夹,不会按缠绕方向流过。这怎么办?主要是因为线圈之间连通,用带有绝缘皮的电阻丝紧密缠绕,是不是就能解决?就像图中所示。这样电流不会横向流过电阻丝了。

  但新问题又出现了,怎么让电阻丝与导线夹接通呢?既要使电阻丝与导线夹接通,又要使线圈之间绝缘,怎么办?可以将电阻丝外围部分刮去一部分绝缘皮,把导线夹与刮去绝缘皮的部位连接。大家看,刮去绝缘皮的位置裸露出电阻丝,能与导线夹接通,而线圈与线圈之间仍然绝缘。实际上,生活中常用绝缘漆替代绝缘皮,这样能在瓷筒上缠绕更多电阻丝。图中这条亮线就是刮去绝缘皮的位置。那导线夹怎么固定呢?可以利用滑片代替导线夹固定在金属杆上,让滑片与刮去绝缘漆的位置接触。这实际上就是实验室中使用的滑动变阻器。滑动变阻器是电学中非常重要的元件,下面我们一起来看看它的结构。

  电阻丝紧密缠绕在瓷筒上,其两端用接线柱AB固定,滑片与电阻丝刮去绝缘皮的部位接触,固定在金属杆上,金属杆两端留有两个接线柱CD。那么,滑动变阻器在电路中的工作原理是什么?根据前面分析,滑片在滑动变阻器上移动时,可以改变接入电路中电阻丝长度,从而改变电阻,进而改变电路中的电流。

  滑动变阻器的结构示意图怎么画呢?同学们对照实物图来看。接线柱a、b之间为电阻丝,向下的箭头p表示滑片,CD间为金属杆。实际上,滑动变阻器在电路中的元件符号与定值电阻类似,用一个竖直向下的箭头形象表示滑片。滑片上方还有个铭牌,铭牌上有两个数值“20Ω 2A”,同学们能猜猜它们分别表示什么物理意义吗?对,“20Ω”表示此滑动变阻器能接入电路中的最大阻值,“2A”表示这个滑动变阻器允许通过的最大电流。

  我们对滑动变阻器的构造有了一定认识,它该怎么接入电路呢?如果想用滑动变阻器改变灯泡亮度,它就应该跟灯泡在同一条路径上,也就是将滑动变阻器与灯泡串联,画出电路图。按照电路图连接实物,会发现滑动变阻器有a、b、c、d四个接线柱,电路元件符号一般选择两个接线柱接入电路,那么滑动变阻器有多少种接法呢?

  老师以其中一种接法为例,选择将接线柱ad接入电路,在结构示意图上画出连接导线。大家想想,除了这种连接方法还有哪些?对,可以选择将接线柱AC接入电路,将接线柱BC、BD接入电路,还可以选择将接线柱AB接入电路,或将CD接入电路。这样看来就有6种连接方法。

  下面分别将这6种连接方式接入电路,向a端移动滑片,观察电流表的示数变化以及灯泡亮度是否变化。

  先将ad接线柱接入电路,闭合开关,观察电流表和灯泡发光情况。向a端移动滑片,再反向移动,继续观察。

  断开开关,将AC接线柱接入电路,闭合开关,观察电流表和灯泡发光情况,向a端移动滑片,反方向移动。

  将BC接线柱接入电路,闭合开关,观察电流表和灯泡发光情况,移动滑片,向a端移动滑片。

  将BD接线柱接入电路,闭合开关,观察电流表及灯泡发光情况,移动滑片,向a端移动滑片。

  将AB接线柱接入电路,闭合开关,观察电流表有示数,灯泡几乎不发光,移动滑片,向a端移动滑片。

  将CD接线柱接入电路,闭合开关,电流表有示数,灯泡发光明亮,移动滑片,向a端移动滑片,断开开关。

  下面根据实验总结一下这6种连接方式。

  当接线柱ad或AC接入电路中,向a端移动滑片,电路中的电流变大,灯泡亮度变亮。将接线柱BC或BD接入电路中时,向a端移动滑片,电路中的电流变小,灯泡变暗。将AB接入电路中或将CD接入电路中时,无论怎么移动滑片,电路中的电流大小及灯泡的亮度都不发生变化。

  为什么这6种连接方式有的对电路影响相同,有的不同呢?老师以接入电路中ad两接线柱为例分析一下。

  若闭合开关,电路中的电流从电源正极流出,经电流表、灯泡流到滑动变阻器的a接线柱,经电阻丝、滑片p、金属杆到接线柱d,经开关回到电源负极。电流在滑动变阻器上流过的路径如结构示意图所示,可以看到此时接入电路中的有效电阻为AP段。若向a端移动滑片,AP段如何变化呢?同学们仔细观察。向a端移动滑片,AP段变短,接入电路中的电阻变小,电流变大,灯泡亮度变亮。

  请同学们按照这种方式依次分析一下其他5种连接方式。

  若将接线柱AC接入电路中,此时电流流过的路径如图所示,接入电路中的有效电阻仍为AP段,向a端移动滑片,AP段变短,电阻变小,电流变大,灯泡变亮。

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