初中物理人教版（2024）九年级全册（2024）第4节 变阻器教学设计及反思

这是一份初中物理人教版（2024）九年级全册（2024）第4节 变阻器教学设计及反思，共6页。教案主要包含了师生活动，提出问题，设计意图，出示实物或图片，进行实验与记录，分析论证，探究归纳，设计实验等内容，欢迎下载使用。
1．认识滑动变阻器的结构，知道其工作原理，能正确连接滑动变阻器。
2．通过分析滑动变阻器接入电路的不同情况，总结滑动变阻器的使用方法，发展科学推理能力。
3．经历使用滑动变阻器改变电路中的电流和控制定值电阻两端电压的实验，提升实验设计和实施的能力。
4．通过分析变阻器在电路中的作用，具备保护电路的安全意识。了解变阻器等器件的应用，能关注科学技术对人类生活的影响。
教学重点
知道滑动变阻器的工作原理。
教学难点
按要求正确连接滑动变阻器。
教学过程
新课导入
【师生活动】教师展示课件，提出问题：
【提出问题】生活中你是怎样改变台灯的亮度？怎样改变音响音量的大小？（学生思考、回答）原来它们都用了一个叫作电位器（变阻器）的元件。变阻器为什么能够改变灯的亮度？
学生思考并作答。
【设计意图】从现象到问题，思考问题，进入情景，有效调动学生探究兴趣。
新知探究
一、变阻器
1．实验：改变小灯泡的亮度
【师生活动】教师演示用铅笔芯、灯泡等组成的电路实验，移动铅笔芯上的夹子，引导学生观察灯泡亮度变化并分析得出结论。
演示实验：选取一根自动铅笔芯，按图连接电路。使铅笔芯一端的夹子固定，移动另一端的夹子，观察小灯泡的亮度。
实验现象与分析：随着夹子在铅笔芯上移动，小灯泡的亮度发生连续变化，接入电路的铅笔芯越短，电阻越小，小灯泡越亮。
实验结论：改变接入电路的导体的长度，可以改变电阻。
【设计意图】通过实验让学生直观认识到改变导体长度可以改变电阻，培养学生的观察能力和分析推理能力，建立电阻与导体长度的关系认知。
2．变阻器
【师生活动】教师展示课件，结合实物、图片讲解变阻器（重点是滑动变阻器）的定义、构造、原理、结构示意图、符号及铭牌意义，引导学生理解记忆。
（1）定义：能改变接入电路中电阻大小的元件叫作变阻器。实验室常用的变阻器是滑动变阻器和电阻箱。
（2）滑动变阻器
①构造【出示实物或图片】
主要由滑片、电阻线圈、接线柱（A、B、C、D）、金属杆等组成。电阻丝缠绕在绝缘管上，外面涂有绝缘漆，它的两端连接在两个接线柱上；支架上方有个比较粗的金属杆，电阻很小，金属杆两端有接线柱，金属杆与电阻丝通过滑片相连。
②原理：滑动变阻器是通过改变连入电路中电阻丝的长度来改变电阻的。如图所示，滑片移动时与线圈相接触的部位上的绝缘层已经刮掉，滑片移到不同位置时，AC或BC两个接线柱间电阻丝的长度不一样，这样就可以改变接入电路中电阻的大小。
③结构示意图和符号：A、B、C、D分别表示四个接线柱，P表示滑片。元件符号如图所示。

结构示意图 变阻器符号
④铭牌上各物理量的意义：
例如，一滑动变阻器标有“20Ω 1A”，其中“20 Ω”表示变阻器的最大电阻是20欧；“1 A”表示允许通过的最大电流是1 A。
【设计意图】让学生掌握变阻器（滑动变阻器）的相关知识，为后续电路实验和电学知识应用奠定基础，培养学生对电学元件的认知能力。
探究滑动变阻器的接线方法
【师生活动】教师提出滑动变阻器接线柱连接方法的问题，引导学生通过实验探究不同接线柱连接方式下灯泡亮度和电流的变化，进而分析论证得出滑动变阻器的使用方法。
【提问】滑动变阻器共有A、B、C、D四个接线柱，如果只选其中的两个接入电路M、N两点间，可能有几种连接方法？
【归纳】有6种连接方法：AB、AC、AD、BC、BD、CD。
【进行实验与记录】
（1）按图连接电路。
（2）按表格中的顺序，依次把滑动变阻器的接线柱依次接入电路中的M、N两点间。闭合开关，移动滑片P，观察灯泡亮度和电流表示数的变化，并记录在表格中。
（3）实验记录表格（见下表）
【分析论证】
（1）分析实验序号1、2、3、4可得出：当滑动变阻器在下方接线柱A、B与上方金属棒接线柱C、D各选一个时，移动滑片可以改变连入电路中的电阻值。
（2）分析实验序号5与6可得出：当滑动变阻器选用了下方两个接线柱A、B或上方金属棒上的两个接线柱C、D时，移动滑片不能改变连入电路中的电阻值。
（3）把接线柱C、D连入电路的分析：把C、D接线柱连入电路，相当于一条导线，连入电路的阻值为0，移动滑片不能改变电阻。
（4）把接线柱A、B连入电路的分析：将A、B接线柱接入电路，电流要经过全部电阻线，此时变阻器连入电路的阻值为变阻器的最大阻值，相当于一个定值电阻，移动滑片不能改变电阻。
【探究归纳】
滑动变阻器的使用方法：
（1）滑动变阻器应按照“一上一下”的方式接入电路中。
（2）电阻的变化情况取决于滑动变阻器的下端接线柱。上端两个接线柱中任何一个连入电路，接法是等效的。
（3）滑片向靠近下接线柱的方向移动，电阻变小，滑片向远离下接线柱的方向移动，电阻变大，可简记为：“近下电阻变小，远下电阻变大”。
【设计意图】让学生通过实验探究掌握滑动变阻器的正确接线和使用方法，培养实验操作、数据分析及归纳总结能力，深化对变阻器工作原理的理解。
二、滑动变阻器的使用
1．练习使用滑动变阻器
【师生活动】教师引导学生观察滑动变阻器结构并思考问题，随后通过连接电路实验，探究滑动变阻器改变小灯泡亮度及控制定值电阻两端电压的作用，过程中交流分析。
（1）观察滑动变阻器的结构
观察时，请思考以下问题。
①为什么与滑片接触处的电阻丝的绝缘层被刮去?
②哪两个接线柱之间的电阻是不变的?
③哪两个接线柱之间的电阻很小?
④移动滑片时，哪两个接线柱之间的电阻随着改变?
（2）连接滑动变阻器
要使滑动变阻器和用电器中的电流相同，滑动变阻器应该与用电器串联。
按图连接电路，闭合开关，观察电路是否接通。
（3）用滑动变阻器改变小灯泡的亮度
【提问】若要使小灯泡由暗变亮，图中滑动变阻器的滑片应向哪个方向移动?尝试移动滑片，观察电流表的示数或小灯泡的亮度变化。接通电路前应将滑片放到什么位置?实验过程中你又发现了哪些新问题?请和同学们交流。
【设计实验】
①设计的电路如图所示。滑动变阻器与小灯泡串联。
②闭合开关前应将滑片放到位于阻值最大位置（右端），可以使电路中的电流最小，起到保护电路元件的作用。
③电路中的电流不能超过允许通过的最大电流（否则烧坏滑动变阻器）。
【进行实验】
①闭合开关，使滑片P位于最右端，观察电流表示数及小灯泡的亮度；
②将滑片由最右端移到中间，观察电流表示数及小灯泡的亮度；
③将滑片由中间移到最左端，观察电流表示数及小灯泡的亮度。
【实验现象】
【实验分析】移动滑动变阻器的滑片能改变电路中的电流大小和小灯泡的亮度。电阻变大→电流变小→灯泡变暗；电阻变小→电流变大→灯泡变亮。
【实验结论】当滑动变阻器与小灯泡串联时，移动滑动变阻器的滑片可以改变小灯泡的亮度。所以滑动变阻器起到控制电路中电流的作用（即限流作用）。
（4）用滑动变阻器控制定值电阻两端的电压
【实验器材】
电源、开关、电流表、电压表、定值电阻R、滑动变阻器R'、导线等。
【设计实验】
实验电路图如图所示。
【进行实验】
①闭合开关S，调节滑动变阻器的滑片，使R两端的电压成整数倍地变化，如2 V、4 V、6 V等。
②换用不同的定值电阻，使电阻成整数倍地变化，如5 Ω、10 Ω、15 Ω等。闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，保持每次接入的定值电阻两端的电压不变。
【实验现象】
①当滑动变阻器连入电路中的电阻变大时，定值电阻两端的电压变小；当滑动变阻器连入电路中的电阻变小时，定值电阻两端的电压变大。
②换用不同的定值电阻时，定值电阻两端的电压随之改变。
若保持每次接入的定值电阻两端的电压不变，则需要调节滑动变阻器的滑片；当换用阻值较大的定值电阻时，需要调大滑动变阻器连入电路中的阻值；当换用阻值较小的定值电阻时，需要调小滑动变阻器连入电路中的阻值。
【实验结论】
①利用滑动变阻器可以改变定值电阻两端的电压。
②利用滑动变阻器可控制定值电阻两端电压不变，方法是“换大调大，换小调小”。
【交流与小结】教师提问，学生思考讨论并回答。
①滑动变阻器是怎样改变电阻的?
滑动变阻器是通过移动滑片P来改变接入电路中的电阻丝的长度，从而改变电阻的。
②要利用滑动变阻器改变电路中电流的大小，应怎样将它接入电路中？应怎样选择接线柱？
要改变电路中电流的大小，应该将滑动变阻器串联在电路中，连接时选择“一上一下”两个接线柱。
③利用滑动变阻器改变电路中电流（电压）的大小，在接通电路前，应将滑片放到什么位置上？为什么？
应将滑片P移到使滑动变阻器接入电路的阻值最大的位置，主要是为了防止接通电路时电流过大，损坏电路元件，起到保护电路的作用。
注意：电路中的实际电流不能超过其允许通过的最大电流。
【设计意图】让学生掌握滑动变阻器的结构与使用方法，理解其限流和控制电压的作用，培养实验操作、分析推理能力，为后续电学实验和知识应用奠基。
2．电阻箱
【师生活动】教师讲解电阻箱（包括结构、使用、读数方法及插孔式电阻箱原理），结合实物或图示引导学生理解并练习电阻箱读数。
滑动变阻器能够改变连入电路的电阻大小，起到连续改变电流大小的作用，但不能准确知道连入电路的电阻值。如果需要知道连入电路的电阻的阻值，就要用到电阻箱。
（1）电阻箱：电阻箱由若干个不同阻值的定值电阻，按一定的方式连接而成。是一种可以调节电阻大小并且能够显示出电阻阻值的变阻器。
（2）元件符号：在电路图中用如图所示的符号表示。
（3）结构：如图所示，箱面上有两个接线柱、四个旋盘。
（4）使用方法：使用时，把两个接线柱接入电路，调节四个旋盘就能得到0~9 999欧的任意整数阻值。
（5）读数方法：分别计算出四个旋盘上小三角指示的示数与面板上对应倍数的乘积，将得到的四个乘积相加，就是电阻箱接入电路中的阻值。如图所示，接入电路的阻值为3×1000 Ω + 6×100 Ω + 0×10 Ω + 8×1 Ω＝3 608 Ω。
【设计意图】让学生掌握电阻箱的相关知识，明确其与滑动变阻器的区别，培养学生对电学元件的认知和读数能力，完善对变阻器类元件的知识体系。
变阻器的应用
1．电位器
【师生活动】教师展示电位器实物或图片，讲解其构造、原理及应用（包括数字电位器），引导学生联系生活中电位器的使用场景进行理解。
（1）电位器：滑动变阻器一般只在实验室中应用。有些家用电器音量调节的器件也是一种变阻器，通常称为电位器。
电子产品用电位器 旋转式电位器 滑动电位器
（2）电位器构造及其原理
①构造：如图是机械式电位器，主要有电阻丝和滑片组成，它通过机械式旋钮调节电阻的大小。
②工作原理：如图所示，若把A和B两个接线柱串联接入电路，当滑片P顺时针旋转时，接入电路中的电阻变小，电流变大，音量变大，反之音量变小。

电位器与结构图 电位器原理
（3）数字电位器及其应用
除机械式电位器外，数字电位器被人们越来越广泛地使用。数字电位器是一种用数字信号控制阻值的器件（集成电路）。与机械式电位器相比，数字电位器具有可程序控制改变阻值、耐震动、噪声小、寿命长、抗环境污染等重要优点，因而，已在自动检测与控制、智能仪器仪表、消费类电子产品等许多重要领域得到应用。
（4）电位器的一些应用
电位器也可以用在其他电器上，例如，可调亮度的电灯，可调温度的电热毯、电饭锅，等等。
【设计意图】让学生了解电位器的构造、原理及应用，明确其与滑动变阻器的联系与区别，体会物理知识在生活和科技中的实际应用，拓展电学元件的认知范围。
2．变阻器在生产和生活中的应用实例
【师生活动】教师展示汽车油量表和公路收费站计重秤的原理图，讲解滑动变阻器在其中的工作原理，引导学生分析油量、车重变化时电路中电阻、电流的变化情况。
（1）汽车油量表
如图所示是一种自动测定汽车油箱内的油面高低的装置，R是滑动变阻器，它的金属滑片固定在金属杆的右端，从油量表（实质是一只电流表）指针所指的刻度就可以知道油箱内油面的高低。
当油量减小时，浮标下降，滑片向上移动，R连入电路中的阻值变大，则电路中的电流变小，即油量表的示数变小。反之，当油量增加时，浮标下降，滑片向上移动，R变小，油量表的示数变大。
（2）公路收费站计重秤
如图所示为公路收费站计重秤的原理图。该原理图中，R为滑动变阻器，车重表是由电流表改装而成，将它串联在电路中。当车越重时，R连入电路中的阻值变小，则电路中的电流变大，即车重表的示数将变大；反之，当车越轻时，R连入电路中的阻值变大，则电路中的电流变小，即车重表的示数将变小，这样就可以测出汽车的重力。
【设计意图】让学生理解滑动变阻器在实际生活中的应用，将电学知识与生活场景结合，培养学生运用物理知识分析实际问题的能力，体会物理的实用性。
四、课堂练习
【师生活动】展示课堂练习，学生思考作答。
1．如图所示，为了使滑动变阻器的滑片向左移动时，灯泡变亮，则图中导线的E端应接在滑动变阻器的（ ）
A．A接线柱上B．B接线柱上
C．C接线柱上D．D接线柱上
【答案】A
【解析】首先滑动变阻器的连接必须要一上一下，所以要在A、B中选择，结合题意，当滑片向左移时灯泡变亮，即电阻变小，接入的电阻丝长度变短，故需连接A接线柱。故选A。
2．在如图所示的电路中，用滑动变阻器调节灯的亮度，若要求当滑片P向右端滑动时灯逐渐变暗，则下列接法正确的是（ ）
A．M接C，N接B
B．M接A，N接B
C．M接C，N接D
D．M接A，N接D
【答案】A
【解析】滑动变阻器的滑片P右移，灯泡变暗，则电路中电流变小。电源电压不变，电流变小，电阻变大，因此滑动变阻器接入电路的电阻变大，即滑动变阻器接入电路的电阻丝变长。下面的接线柱一定接入C，上面的接线柱接A或B。故选A。
3．如图是一种测定油箱内油量的装置，从油量表指针所指的刻度，就可以知道油箱内油量的多少。R是滑动变阻器，它的金属滑片是杠杆的一端，R0是定值电阻。关于该装置，下列说法正确的是（ ）
A．油量减少时，电路中的电流增大
B．油量减少时，滑动变阻器接入电路中电阻减小
C．油量增加时，R0两端电压增大
D．油量增加时，滑动变阻器两端电压增大
【答案】C
【解析】在AB选项中，由图可知，定值电阻和滑动变阻器串联，油量表串联在电路中，当油量减少时，浮标下降，滑片上移，滑动变阻器接入电路的电阻增大，电路总电阻增大，电路中电流减小；在CD选项中，油量增加时，浮标上升，滑片下移，滑动变阻器接入电路的电阻减小，滑动变阻器两端电压减小，根据串联电路电压规律可知，R0两端电压增大。故选C。
【设计意图】通过学生对课堂练习的作答与教师的讲解，进一步巩固学生对变阻器的理解与应用。
课堂小结
滑片P的位置
最右端
中间
最左端
电流表示数
最小
较大
最大
小灯泡的亮度
暗
较亮
最亮