滑动变阻器教学演示仪的制作与应用
2019-10-25张露,李建
张 露,李 建
重庆市育才中学校,重庆400050
滑动变阻器是中学物理电学中的一个重要电路元件,因其结构相对复杂,对很多初学的学生而言是一个学习难点,尤其是判断滑动变阻器实际接入电路中电阻的部位,及随着滑片的移动,接入电阻阻值的变化。笔者通过制作一个可以通过点亮LED灯的数量来显示滑动变阻器接入电路中的电阻,实验效果明显,较好地突破了教学难点,帮助学生快速地理解滑动变阻器的工作原理。
1 制作原理
滑动变阻器是通过改变接入电路中电阻丝的长度来改变接入电路中的电阻大小。现在普遍使用的滑动变阻器(图1)是将电阻丝紧密缠绕在一绝缘筒上,并在圆筒横截面竖直切线位置将电阻丝的绝缘漆刮落,当滑动变阻器滑片移动到该位置时,电流便经过滑片流向金属杆(或通过金属杆流向滑片,进而流向接入电路的电阻丝)。因滑动变阻器电阻缠绕密集,学生不易观察到实际接入电路的工作部分,进而造成理解和思维障碍。
图1 滑动变阻器
笔者结合滑动变阻器的制作原理,巧妙地将电阻丝用若干个阻值为1 Ω的电阻串联代替,并创造性地将LED灯也串联接入电路 (如图2所示)。这样的设计不仅可以直观看到滑动变阻器的工作原理,还能将接入电路中的电阻通过LED灯亮的个数显示出来,实验效果非常明显(如图3所示)。
图2 滑动变阻器演示仪的设计
图3 滑动变阻器演示仪
2 制作材料
(1)相同的小木板两块,宽20cm左右,高30cm左右,用于滑动变阻两端支架的制作。
(2)PVC 水管一段,长约 50 cm,直径 15 cm,用于制作滑动变阻器管身。
(3)硬钢丝一段,约60 cm,用于滑杆的制作。
(4)定值电阻若干(规格:1 Ω,1 W),用于制作电阻丝,如图 4(a)。
(5)LED灯若干 (额定电压1.5 V左右),如图 4(b)。
(6)大号螺丝钉两颗(用作滑动变阻器下方两个接线柱),细螺丝钉若干,胶水,螺丝刀。
图4 材料
3 制作方法
3.1 制作原理图(如图5)
图5 制作原理图
3.2 制作步骤
(1)电阻丝的绕制
将10个定值电阻和1个LED灯串联后可以绕水管一圈,这个过程要注意LED灯的正负脚。经过改进后,水管上总共均匀缠绕了14圈。
(2)调试
考虑LED灯的额定电压,串联后要使得所有的灯都要亮,同时在改变电阻时加在一个LED灯的电压不能过大(防止击穿LED灯),需要不断调试总电压。
(3)组装美化
待LED灯和电阻串联且调试无误后,在支架和管身上打孔,组装,并适当美化。(图3)
4 教学应用介绍
“滑动变阻器教学演示仪”在教学上可以用于滑动变阻器这一电路元件的教学。一方面可以演示滑动变阻器的工作原理,很清楚地看到滑动变阻器是通过改变接入电路中电阻丝的长度来改变电阻的;另一方面可以通过LED灯显示接入电路中的有效电阻,增加了可视性,也有助于学生观察能力的培养。LED灯的亮暗程度还可以粗略反映电路中电流的大小关系。“滑动变阻器教学演示仪”在滑动变阻器、动态电路这部分教学中对突破教学重点和难点有着重要的意义。