自制滑动变阻器 改进和创新教学设计

贾火炬

(安徽省芜湖市繁昌区第三中学,安徽 芜湖 241000)

1 引言

滑动变阻器是电学的重要实验器材,其使用是初中物理教学的重要内容,它揭示了电路中电流改变的原理，同时它又与电阻、电路故障、动态电路等知识相关联，因此学会使用滑动变阻器至关重要。为了解决教学的重难点,笔者对传统滑动变阻器进行了创新设计与改进，解决了传统滑动变阻器无法直观显示电流路径、无法显示电流与电阻的定量关系等问题。

2 传统教学的不足

沪科版九年级物理教材安排了滑动变阻器使用的教学内容,由于滑动变阻器在电路中的接法多、电流看不见却真实存在、初中生的抽象思维能力相对较弱,学生在学习中存在一定的困难,如在学习不同的接法中电流是如何通过变阻器、接入电路中的电阻丝是左边电阻丝还是右边的电阻丝等知识时,传统滑动变阻器在接入电路后不能直观显示相关现象,即观察不到电流通过的路径、接入电路电阻丝位置及长短变化的动态过程。笔者对传统滑动变阻器进行了创新设计与改进,能够演示滑动变阻器接入电路中的电流通过的路径、通过滑动变阻器中电流的大小、电流与电阻的定量关系等。

3 滑动变阻器的改进与教学创新

3.1 演示电流路径

3.1.1 实验装置

实验装置结构如图1所示,主要部件有：① 支架、② 覆铜板、③ 接线柱、④ 发光二极管、⑤ 滑片等,利用二极管发光显示电流通过滑动变阻器的路径,选用不同的接线柱就会显示不同的电流路径。

图1

3.1.2 实验过程

把发光二极管、变压器、覆铜板、开关、滑片、接线柱等固定在支架上,分别选择AB、CD、AC、AD、BC、BD接线柱,接通电源就可演示电流通过滑动变阻器的不同路径,图2为接BC接线柱时电流通过滑动变阻器的路径。

图2

3.2 演示电阻变化

3.2.1 实验装置

把图1所示装置中的发光二极管换成小灯泡,利用接入电路中的小灯泡个数来显示接入电路中电阻丝长度的变化,同时利用电流传感器把电流大小及变化的动态过程传输到电脑,从而发现接入电路中电阻丝长度的变化会导致电阻变化,最后导致电路中电流发生相应变化。

3.2.2 实验过程

分别选择AB、CD、AC、AD、BC、BD接线柱,接通电源就可演示接入电路中小灯泡个数改变来显示接入电路中电阻丝长度的变化,同时利用电流传感器把电流大小及变化的动态过程传输到电脑屏上。

图3所示为接BC接线柱的情形,小灯泡个数分别是10个和4个时,其对应电流分别是0.22A和0.34A,灯泡也是在变亮,从而直观演示了通过滑动变阻器中电流的大小,同时还演示了电流与电阻的定量关系。

图3

4 装置的创新点

4.1 注重突破教学的重难点

自制教具的形状与结构与课本中的滑动变阻器相似,而且比课本中的滑动变阻器体积大,便于学生更好地理解相关知识,将实验的过程真实、清楚、完整地呈现给学生,不但能培养学生的学习兴趣，调动其学习的积极性,更有利于培养他们的科学思维能力,实现知识的深度学习,从而突破教学重难点,最终达成核心素养的培养目标。

4.2 实验现象更直观、明显

实验中把看不见、摸不着的电流,转换成发光二极管或灯泡的发光来显示,把电流路径转换成一排发光二极管的发光来显示,把接入电路中电阻丝长度的改变用接入电路中灯泡的个数来显示,利用电流传感器把电流大小进行数字化、可视化处理,使实验现象更加明显,使学生的学习更轻松、高效。

4.3 注重实验方法的培养

本实验用到了转换法和放大法,为学生今后进行科技创新起到了示范作用,培养了学生的创新思维。

4.4 注重与生活和社会的联系

利用电流传感器等为物理教学服务,使实验现象直观、清晰,体现了“从生活走向物理,从物理走向社会”新课程理念。

4.5 注重与后续知识的衔接

通过接入电路电阻丝长度(接入电路灯泡的个数)的改变,学生经历灯泡数目从12、10、8、6、5到4不断减少,电流从0.20A、0.22A、0.25A、0.28A、0.30A到0.34A的不断增大的过程,为后面欧姆定律的定量研究做了很好的铺垫。