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        利用幾何畫(huà)板深入討論電學(xué)實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器的選擇

        2016-09-18 01:43:50夏少標(biāo)
        物理通報(bào) 2016年8期
        關(guān)鍵詞:變阻器限流畫(huà)板

        夏少標(biāo)

        (江蘇省六合高級(jí)中學(xué) 江蘇 南京 211500)

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        利用幾何畫(huà)板深入討論電學(xué)實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器的選擇

        夏少標(biāo)

        (江蘇省六合高級(jí)中學(xué)江蘇 南京211500)

        幾何畫(huà)板有著強(qiáng)大的繪圖功能,在高中物理課堂上用好幾何畫(huà)板,有利于教學(xué)難點(diǎn)的突破,同時(shí)還能提高課堂效率.本文就利用幾何畫(huà)板突破電學(xué)實(shí)驗(yàn)中“滑動(dòng)變阻器的選擇”展開(kāi)論述.

        幾何畫(huà)板滑動(dòng)變阻器限流分壓

        規(guī)則:在電學(xué)實(shí)驗(yàn)中,有關(guān)控制電路滑動(dòng)變阻器的選擇問(wèn)題,在滿足安全的前提下,通常有著這樣的規(guī)則:“限流接法時(shí)滑動(dòng)變阻器選擇最大阻值比被測(cè)電阻略大幾倍或差不多大,不宜太大也不宜太?。环謮航臃〞r(shí)選擇最大阻值小的,且在不超過(guò)額定電流的情況下,最大阻值越小越好.”

        學(xué)生的疑惑:第一,這里的“幾倍”到底是多少?第二,為什么會(huì)有這樣的規(guī)定?

        常見(jiàn)的解釋?zhuān)簩?duì)于限流接法的選擇,教師往往是定性地告訴學(xué)生,變阻器阻值太大時(shí),被測(cè)電阻分得的阻值太小,不易測(cè)量;反之,變阻器阻值太小時(shí),不能起到調(diào)節(jié)控制作用.

        對(duì)于分壓電路中選擇最大阻值小的變阻器,教師往往要求學(xué)生硬性記住,也有教師會(huì)告訴學(xué)生選擇最大阻值小的變阻器時(shí),當(dāng)移動(dòng)滑片時(shí),負(fù)載上的電壓變化較均勻.

        筆者的思考:以上做法不利于學(xué)生的理解和記憶,想要學(xué)生信服,有兩種可行的方法,一是,做演示實(shí)驗(yàn),通過(guò)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明問(wèn)題;二是,可以借助于幾何畫(huà)板繪制在選用不同變阻器的情況下,測(cè)量電路電壓U隨變阻器滑片移動(dòng)的距離x變化的圖像,學(xué)生便一目了然了.第二種方法相比較有著省時(shí)的優(yōu)點(diǎn),更為廣大教師教學(xué)中所接受.

        1 限流解法的討論

        如圖1所示,設(shè)被測(cè)電阻Rx分得電壓為U,根據(jù)串并聯(lián)電路規(guī)律可得

        設(shè)

        則有

        圖1

        利用幾何畫(huà)板畫(huà)圖像,假設(shè)U0=5 V,考慮到x的范圍為0≤x≤1,公式可以改寫(xiě)為

        結(jié)論: 臨界角速度的平方與μ成正比,與轉(zhuǎn)動(dòng)半徑R成反比.

        可以用幾何畫(huà)板中的螞蟻?zhàn)鴺?biāo)系建立直角坐標(biāo)系,然后新建參數(shù)k,最后繪制函數(shù)圖像.畫(huà)好圖后可以改變參數(shù)k值,比較圖像,如圖2所示.

        圖2

        由圖像對(duì)比,不難發(fā)現(xiàn)當(dāng)k值較大時(shí),即變阻器最大阻值太小,被測(cè)電阻電壓的調(diào)節(jié)范圍太小;當(dāng)k值較小時(shí),即變阻器最大阻值太大,又極其不便于操作,開(kāi)始電壓變化太慢,到最后電壓又變化太快.通過(guò)對(duì)比分析,不難理解限流接法時(shí)控制電路滑動(dòng)變阻器應(yīng)如何選擇.應(yīng)選擇最大阻值為被測(cè)電阻2~5倍的變阻器最合適,電壓的變化范圍比較大,同時(shí)電壓隨移動(dòng)距離趨于線性變化.

        2 分壓接法的討論

        如圖3所示,設(shè)被測(cè)電阻Rx分得電壓為U,根據(jù)串并聯(lián)電路規(guī)律可得

        設(shè)

        則有

        利用幾何畫(huà)板畫(huà)圖像,假設(shè)U0=5 V,考慮到x的范圍為0≤x≤1,公式可以改寫(xiě)為

        圖3

        同樣利用幾何畫(huà)板畫(huà)圖,并改變參數(shù),可畫(huà)出如圖4所示圖像.

        圖4

        通過(guò)圖像對(duì)比,不難發(fā)現(xiàn)k值越大,即滑動(dòng)變阻器的最大阻值越小,圖像越接近線性,操作越方便.不過(guò)變阻器的最大阻值越小,通過(guò)的電流也會(huì)越大,故分壓電路應(yīng)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(huà)板在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用.物理教學(xué)討論,2013(6):51

        2016-03-14)

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