自制滑動(dòng)變阻器 改進(jìn)和創(chuàng)新教學(xué)設(shè)計(jì)

賈火炬

(安徽省蕪湖市繁昌區(qū)第三中學(xué),安徽 蕪湖 241000)

1 引言

滑動(dòng)變阻器是電學(xué)的重要實(shí)驗(yàn)器材,其使用是初中物理教學(xué)的重要內(nèi)容,它揭示了電路中電流改變的原理，同時(shí)它又與電阻、電路故障、動(dòng)態(tài)電路等知識(shí)相關(guān)聯(lián)，因此學(xué)會(huì)使用滑動(dòng)變阻器至關(guān)重要。為了解決教學(xué)的重難點(diǎn),筆者對(duì)傳統(tǒng)滑動(dòng)變阻器進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)與改進(jìn)，解決了傳統(tǒng)滑動(dòng)變阻器無(wú)法直觀顯示電流路徑、無(wú)法顯示電流與電阻的定量關(guān)系等問(wèn)題。

2 傳統(tǒng)教學(xué)的不足

滬科版九年級(jí)物理教材安排了滑動(dòng)變阻器使用的教學(xué)內(nèi)容,由于滑動(dòng)變阻器在電路中的接法多、電流看不見(jiàn)卻真實(shí)存在、初中生的抽象思維能力相對(duì)較弱,學(xué)生在學(xué)習(xí)中存在一定的困難,如在學(xué)習(xí)不同的接法中電流是如何通過(guò)變阻器、接入電路中的電阻絲是左邊電阻絲還是右邊的電阻絲等知識(shí)時(shí),傳統(tǒng)滑動(dòng)變阻器在接入電路后不能直觀顯示相關(guān)現(xiàn)象,即觀察不到電流通過(guò)的路徑、接入電路電阻絲位置及長(zhǎng)短變化的動(dòng)態(tài)過(guò)程。筆者對(duì)傳統(tǒng)滑動(dòng)變阻器進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)與改進(jìn),能夠演示滑動(dòng)變阻器接入電路中的電流通過(guò)的路徑、通過(guò)滑動(dòng)變阻器中電流的大小、電流與電阻的定量關(guān)系等。

3 滑動(dòng)變阻器的改進(jìn)與教學(xué)創(chuàng)新

3.1 演示電流路徑

3.1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示,主要部件有：① 支架、② 覆銅板、③ 接線柱、④ 發(fā)光二極管、⑤ 滑片等,利用二極管發(fā)光顯示電流通過(guò)滑動(dòng)變阻器的路徑,選用不同的接線柱就會(huì)顯示不同的電流路徑。

圖1

3.1.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

把發(fā)光二極管、變壓器、覆銅板、開(kāi)關(guān)、滑片、接線柱等固定在支架上,分別選擇AB、CD、AC、AD、BC、BD接線柱,接通電源就可演示電流通過(guò)滑動(dòng)變阻器的不同路徑,圖2為接BC接線柱時(shí)電流通過(guò)滑動(dòng)變阻器的路徑。

圖2

3.2 演示電阻變化

3.2.1 實(shí)驗(yàn)裝置

把圖1所示裝置中的發(fā)光二極管換成小燈泡,利用接入電路中的小燈泡個(gè)數(shù)來(lái)顯示接入電路中電阻絲長(zhǎng)度的變化,同時(shí)利用電流傳感器把電流大小及變化的動(dòng)態(tài)過(guò)程傳輸?shù)诫娔X,從而發(fā)現(xiàn)接入電路中電阻絲長(zhǎng)度的變化會(huì)導(dǎo)致電阻變化,最后導(dǎo)致電路中電流發(fā)生相應(yīng)變化。

3.2.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

分別選擇AB、CD、AC、AD、BC、BD接線柱,接通電源就可演示接入電路中小燈泡個(gè)數(shù)改變來(lái)顯示接入電路中電阻絲長(zhǎng)度的變化,同時(shí)利用電流傳感器把電流大小及變化的動(dòng)態(tài)過(guò)程傳輸?shù)诫娔X屏上。

圖3所示為接BC接線柱的情形,小燈泡個(gè)數(shù)分別是10個(gè)和4個(gè)時(shí),其對(duì)應(yīng)電流分別是0.22A和0.34A,燈泡也是在變亮,從而直觀演示了通過(guò)滑動(dòng)變阻器中電流的大小,同時(shí)還演示了電流與電阻的定量關(guān)系。

圖3

4 裝置的創(chuàng)新點(diǎn)

4.1 注重突破教學(xué)的重難點(diǎn)

自制教具的形狀與結(jié)構(gòu)與課本中的滑動(dòng)變阻器相似,而且比課本中的滑動(dòng)變阻器體積大,便于學(xué)生更好地理解相關(guān)知識(shí),將實(shí)驗(yàn)的過(guò)程真實(shí)、清楚、完整地呈現(xiàn)給學(xué)生,不但能培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)其學(xué)習(xí)的積極性,更有利于培養(yǎng)他們的科學(xué)思維能力,實(shí)現(xiàn)知識(shí)的深度學(xué)習(xí),從而突破教學(xué)重難點(diǎn),最終達(dá)成核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標(biāo)。

4.2 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更直觀、明顯

實(shí)驗(yàn)中把看不見(jiàn)、摸不著的電流,轉(zhuǎn)換成發(fā)光二極管或燈泡的發(fā)光來(lái)顯示,把電流路徑轉(zhuǎn)換成一排發(fā)光二極管的發(fā)光來(lái)顯示,把接入電路中電阻絲長(zhǎng)度的改變用接入電路中燈泡的個(gè)數(shù)來(lái)顯示,利用電流傳感器把電流大小進(jìn)行數(shù)字化、可視化處理,使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更加明顯,使學(xué)生的學(xué)習(xí)更輕松、高效。

4.3 注重實(shí)驗(yàn)方法的培養(yǎng)

本實(shí)驗(yàn)用到了轉(zhuǎn)換法和放大法,為學(xué)生今后進(jìn)行科技創(chuàng)新起到了示范作用,培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維。

4.4 注重與生活和社會(huì)的聯(lián)系

利用電流傳感器等為物理教學(xué)服務(wù),使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直觀、清晰,體現(xiàn)了“從生活走向物理,從物理走向社會(huì)”新課程理念。

4.5 注重與后續(xù)知識(shí)的銜接

通過(guò)接入電路電阻絲長(zhǎng)度(接入電路燈泡的個(gè)數(shù))的改變,學(xué)生經(jīng)歷燈泡數(shù)目從12、10、8、6、5到4不斷減少,電流從0.20A、0.22A、0.25A、0.28A、0.30A到0.34A的不斷增大的過(guò)程,為后面歐姆定律的定量研究做了很好的鋪墊。