例谈滑动变阻器一类特殊接法

杨慧莲

【摘要】以一道真题为例，探讨滑动变阻器的一类特殊接法，以拓宽学生的思维，发展学生的核心素养.

【关键词】初中物理；滑动变阻器；接法

1问题提出

近年来，中考不时出现滑动变阻器的另一类特殊接法：如图1所示，滑动变阻器下面两个接线柱直接串接在电路中，同时上面接线柱通过电压表串接入电路中.分析图1可以发现，这种电路的特点是：滑动变阻器始终以最大阻值接入电路中，滑片的移动不会引起电路总电阻的变化，所以电路中的电流不变，用电器的工作情况不变.而唯一变化的是电压表的示数，而且因为电压表的示数与滑动变阻器接入电路中的电阻（电阻线的长度）成正比.这种接法课本上没有，如果教学中被忽略，学生很容易出错，因此应该引起教师的重视.

2真题再现

物理实验小组准备自制一台可以测量身高的简易仪器.实验器材：电源、定值电阻、电阻丝、电压表、开关、导线等.实验方案：在电阻丝上安装一个滑片，将电阻丝改成滑动变阻器；再将电压表改成显示身高的显示仪，身高越高，电压表显示的读数越大，并且刻度均匀.

（1）如图2是实验小组设计的身高测量仪的电路图.指导教师认为实验小组的设计存在不合理的地方，下面分析正确的是（）

（A）滑动滑片P，电路中的总电阻不会发生改变.

（B）身高越高，电压表显示的读数越小.

（C）电压表读数的变化量和测量身高的变化量不成正比关系.

（D）電压表的读数无法由0变化到最大值.

（2）实验小组在指导教师的帮助下修改电路，设计出了正确电路，下列电路正确.

（3）确定正确的电路后，实验小组开始选择器材的参数，使用一个电压为12V的电源、一根长度为80cm的均匀电阻丝（已知电阻丝每厘米的电阻为0.5Ω）、一个量程为3V的电压表.如果能够使此电路测量身高的范围最大，并且精度最高，应该选择定值电阻的阻值为________Ω.

（4）实验小组利用选择好的器材连接好电路，并对身高为160cm的学生进行了测量.电压表的读数为1.45V.实验小组再对另外一名学生进行了测量，电压表的读数为1.2V，则他的身高为________cm.

3试题赏析

这道题目重点考查电路分析和欧姆定律在生活中的应用，是一道体现物理走向生活、走向社会的好题.

（1）图2电路中，滑动变阻器和定值电阻串联，电压表测量滑动变阻器两端电压，移动滑片时，滑动变阻器接入电路中的电阻改变，电路中的总电阻随之改变，所以（A）错误；当所测身高增大，滑动变阻器接入电路中的电阻增大，电路中总电阻增大，串联电路电流减小，根据U=IR可知定值电阻两端电压减小，而定值电阻两端电压和滑动变阻器两端电压之和是电源、电压、保持不变，定值电阻两端电压减小，所以滑动变阻器两端电压增大，电压表示数增大，故（B）错误；设滑动变阻器接入电路中的电阻为R2，则电压表的示数为U2=U×R2R1+R2=（1-R1R1+R2）U，虽然图中滑动变阻器的下半部分接入电路中，其接入电路中的电阻与人的身高变化量成正比，但是电压表的示数U2与滑动变阻器接入电路中的电阻R2不成正比，故电压表的示数并不与身高变化量成正比，因此（C）正确；图中当P滑至滑动变阻器最下端时滑动变阻器被短路，电压表示数为0，滑片到滑动变阻器最上端，滑动变阻器接入电路中电阻最大，电压表示数最大，所以（D）错误.

（2）由上分析，甲图虽然随着身高增大电压表示数也变大，但是示数和身高变化量不成正比，所以该电路不太合理；乙图电压表测量定值电阻两端电压，当滑片上移时滑动变阻器接入电路中电阻变大，电路中电流减小，定值电阻两端电压减小，电压表示数减小，所以乙电路图不合理；丙图滑动变阻器始终以最大阻值和定值电阻串联，电路中电阻不变故而电流不变，而电压表测量的是滑动变阻器滑片上半段的电压，当身高增大滑片向上时这段电阻变小加在其两端电压也减小，使电压表示数减小，所以也不符合题意；丁图和丙图大体相同，但是电压表测量的是滑片下半段的电压，因为该段电阻与身高变化量成正比，而电压表示数是UR1+R2最大RP下，由于UR1+R2最大是定值，RP下和身高变化量成正比，所以电压表示数和身高变化量成正比，因此该设计是最合理的.选丁.

（3）由题意得，滑动变阻器的最大电阻是80cm×0.5Ω/cm=40Ω.要使测量身高的范围最大，而且精确度最高，就是要使滑动变阻器接入电路中的电阻是40Ω时电压表示数为3V，即U2=3V，这时串联电路的电流是I=U2/R2=3V/40Ω=0.075A，定值电阻两端电压是U1=U-U2=12V-3V=9V，由串联电路电压和电阻成正比可得，R1的阻值应该是U1U2R2=9V3V×40Ω=120Ω.

（4）当电压表示数为1.5V时，滑动变阻器与电压表并联部分的电阻是R21=U21I1=1.5V0.075A=20Ω，滑片向上滑动的距离是20Ω÷0.5Ω/cm=40cm；同样的，当电压表示数为1.2V时，滑动变阻器与电压表并联部分的电阻是R22=U22I2=1.2V0.075A=16Ω，滑片向上滑动的距离是16Ω÷0.5Ω/cm=32cm，因为32cm比40cm少了8cm，所以另一名学生的身高是160cm-8cm=152cm.

4启示

这道考题给了我们以下启示

（1）关注生活，注重联系实际.

物理试题越来越注重将物理知识生活化，越来越注重联系实际.因此，教师一定要注意培养学生学用结合的能力，让学生利用生活的经验促进物理知识的学习，通过物理知识在生活中的应用加强对物理知识的理解.

（2）高于课本，注重思维发展

试题考查的知识并不仅限于课本，更注重学生物理思维的考查，因此，加强学生建模能力、分析解决问题能力的培养是教学的重中之重，成为教师需要着力解决的问题.

（3）分析真题，注重教学相长

不少教师在培养学生解决新问题能力这方面的经验、能力还有所欠缺，而且学生自己解决新问题能力的培养也很难在短期内见效，因此，教师应该广泛、认真地分析各地的考题，善于发现一些新的问题、新的解题方法，给学生适当地讲解，以实现教学相长.

参考文献：

［1］石海生.初中物理实验中常见科学方法教育策略研究[D].四川师范大学，2021.

[2]拾景忠，刘淑娥.滑动变阻器的特殊接法及其应用[J].物理教师，2009，30（01）：10-12.