初中人教版第十六章 电压 电阻第4节 变阻器导学案

这是一份初中人教版第十六章 电压 电阻第4节 变阻器导学案，共15页。学案主要包含了学习目标，学习重点，学习难点，自主预习，合作探究，观察实物或图片并回答，观察实物，观察实物或图片等内容，欢迎下载使用。

1. 能说出滑动变阻器的构造，画出它在电路中的符号，理解变阻器的工作原理。
2. 会把滑动变阻器正确连入电路来改变电路中的电流及用电器两端的电压。
【学习重点】知道变阻器的工作原理。
【学习难点】按要求正确连接变阻器。
【自主预习】阅读教材，完成以下问题：
1. 变阻器
（1）原理：通过改变连入电路中的电阻丝的长度来改变电阻。
（2）分类：常见的变阻器有滑动变阻器、电阻箱和电位器。
2. 滑动变阻器
（1）主要构造：滑动变阻器是用电阻丝绕在绝缘管上制成的。
（2）电路图符号：在电路图中用符号 表示。
（3）铭牌所物理量的意义：例如某滑动变阻器的铭牌上标有“100Ω 1.5A”字样，其中“100Ω”表示滑动变阻器的最大阻值是100Ω，“1.5A”表示滑动变阻器允许通过的最大电流是1.5A。
（4）作用：改变连入电路的电阻大小，改变电路中的电流，改变部分电路两端的电压，起到保护电路的作用。
（5）使用方法：
①应从电阻丝两端的两个接线柱和金属棒的两个接线柱各选一个串联在电路中，即“一上一下”；
②为了保护电路，在通电前应使滑动变阻器连入电路的阻值最大。
【合作探究】
探究一、变阻器
1. 实验探究：改变小灯泡的亮度
【实验】把铅笔芯、小电灯、干电池用导线连接起来，沿铅笔芯移动导线夹，观察小灯泡的亮度怎样变化？
铅笔芯

实验现象：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。
【归纳】实验结论：改变接入电路的导体的长度，可以改变电阻。
2. 变阻器
能改变接入电路中电阻大小的元件叫做变阻器。实验室常用的变阻器是滑动变阻器和电阻箱。
3. 滑动变阻器
【观察实物或图片并回答】
（1）构造：
滑动变阻器有缠绕在绝缘管上的电阻线 ，外面涂有绝缘漆，它的两端连接在两个接线柱AB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CD；金属杆与电阻线通过滑片相连。
（2）原理：滑动变阻器是通过改变连入电路中电阻线的长度，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，电阻丝与滑片相连。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：
结构示意图：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“20Ω”表示变阻器的最大电阻是20欧；“1A”表示允许通过的最大的电流是1A。
4. 实验探究：滑动变阻器的接线方法
【想一想】滑动变阻器共有ABCD四个接线柱，如果只选其中的两个接入电路M、N两点间，有几种连接方法？
【归纳】有6种连接方法：AB、AC、AD、BC、BD、CD。
（1）进行实验与记录
①按图连接电路。
实验电路图
②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：
（2）分析论证
①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。
②把接线柱A、B连入电路的分析
将A、B接线柱接入电路时，电流要经过全部电阻线，此时变阻器连入电路的电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。
（3）探究归纳
①滑动变阻器应按照“一上一下”的方式接入电路中。
②关键是确定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”。
5. 实验：用滑动变阻器改变小灯泡的亮度
（1）设计实验
①实验电路图如图所示；
②小灯泡与变阻器串联，电流表串联在电路中；
③闭合电键前应将滑片放到什么位置上？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。
④注意：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）。
（2）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。
（3）实验现象
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

（4）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。
（5）实验结论
用滑动变阻器改变小灯泡的亮度，滑动变阻器应该与小灯泡串联。电阻变大→电流变小→灯泡变暗；电阻变小→电流变大→灯泡变亮；所以滑动变阻器起到控制电路中电流的作用（即限流作用）。
6. 用滑动变阻器控制电阻两端的电压
（1）设计实验
①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。
②实验电路图与连接图如图所示。
（2）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2V、4V、6V等。
②换用不同的定值电阻，使电阻成整数倍地变化，如5Ω、10Ω、15Ω等。闭合开关，调节变阻器的滑片，保持每次接入的定值电阻两端的电压不变。
（3）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（选填“变大”或“变小”）。
②换用不同的定值电阻时，定值电阻两端的电压改变（选填“改变”或“不改变”）。
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。
（4）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”。
7. 电阻箱
【观察实物】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）电阻箱的特点
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）电阻箱的读数
如图所示电阻箱接入电路的阻值为
＝3000+600+8=3608Ω.
使用时，把两个接线柱接入电路，调节旋盘就能得到0 ~×××××Ω（通常为9999.9Ω）之间的任意阻值。各旋盘对应的指示点的示数乘以面盘上标出的倍数，然后加在一起，就是接入电路的阻值。
（3）插孔式电阻箱
插入式电阻箱的工作原理为：把铜塞插进去，靠铜棒来短接下面的电阻，电流不从电阻丝走了使之失去作用来调整电阻大小的；缺点是阻值不能连续变化，只能是几个固定阻值电阻的组合数。
如图所示电阻箱接入
电路的阻值为
1+2=3Ω.
【例题1】滑动变阻器的原理是通过改变连入电路中导线的_____来改变电阻，从而改变电路中的电流。如图1所示是滑动变阻器的结构示意图，要使滑片P向右滑动时，电阻变大，应接入的接线柱为_____两个或____两个接线柱；若要使滑动变阻器相当于一个定值电阻，应接入_____两个接线柱。
【答案】长度；AC；AD；AB.
【解析】要使滑片P向右滑动时电阻变大，应将下接线柱A接入电路，接线柱C、D可选用一个（等效）；若要使滑动变阻器相当于一个定值电阻，应接入A、B两个接线柱。
图1 图2
【例题2】如图2所示，是闭合电路中，滑动变阻器的接法，下列判断正确的是（ ）
A．滑片向左移动，变阻器的阻值变大
B．滑片向右移动，变阻器的阻值变大
C．电流必须从上接线柱流进变阻器，从下接线柱流出
D．电流必须从下接线柱流进变阻器，从上接线柱流出
【答案】A。
【解析】AB．由图知，滑动变阻器下端的接线柱接在右端，则滑片向左移动时，电阻丝接入电路的长度变大，阻值变大，故A正确，B错误；
CD．变阻器中电流的流向没有限定，所以电流可由上接线柱流入，由下接线柱流出，也可由下接线柱流入，上接线柱流出。故CD错误。所以选A。
探究二、变阻器的应用
1. 一些常见的变阻器
【观察实物或图片】生活、生产中常见的一些变阻器如图所示：
2. 电位器及其应用
滑动变阻器一般只在实验室中应用。有些家用电器（如收音机）音量调节的器件也是一种变阻器，通常称为电位器。
（1）机械式电位器：
如图所示是机械式电位器，由内部构造图可知，电位器在电路相当于滑动变阻器的作用。
电位器 电位器结构图 电位器原理
如图所示，把A和B两个接线柱串联接入收音机电路，当顺时针旋转时，接入电路中的电阻变大，电流变小，音量变小，反之音量变大。
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。
（2）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。
3. 变阻器在生产和生活中的应用实例
（1）亮度可变的灯、转动速度可变的电风扇、舞台用到的调音台、家庭用的调温电褥子等都是应用了变阻器。
调光 调速 调音 调温
（2）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.
油量表原理 油量减小时
当油量减小时，浮标下降，滑片向上移动，R变大，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。
【例题3】图为小明同学设计的公路收费站计重秤的原理图。该原理图中，R2为 。若车重表是由电流表改装而成，现将它串联在图中位置，则当车越重时，车重表的示数将 ，若车重表是电压表改装而成的，现将它与R1并联，则当车越重时，车重表的示数将 （选填“越大”、“不变”或“越小”）。
【答案】滑动变阻器，越大；越大。.
【解析】①由图可知，R1为定值电阻，具有保护电路的作用，R2为滑动变阻器；②车越重时，变阻器接入电路的电阻越小，电路中电流越大，即车重表的示数越大；③若车重表是电压表改装而成，将它与R1并联，当车越重时，电路中电流越大，R1两端的电压越大，即车重表的示数越大。
【精讲点拨】
1. 根据影响电阻大小的因素来理解变阻器的原理：即导体的材料、横截面积不变时，长度越长，电阻值越大；
2. 滑动变阻器正确连入电路的方法： = 1 \* GB3 ①一上一下（接线柱）； = 2 \* GB3 ② 串联使用；
3. 滑动变阻器在电路中的作用： = 1 \* GB3 ①改变电路中的电流和部分电路两端的电压； = 2 \* GB3 ②保护电路；
4. 判断滑动变阻器连入电路的电阻值变化的步骤
= 1 \* GB3 ①根据电流通过滑动变阻器的方向，判断滑动变阻器下面（即线圈上）的接线柱是哪一个接入了电路；
= 2 \* GB3 ②看滑片的移动方向，滑片的移动方向越靠近线圈所用接线柱，则接入电路中的电阻越小。
【归纳整理】
第4节 变阻器
①定义：能改变接入电路中电阻大小的元件叫做变阻器.
②原理：靠改变接入电路中电阻线的长度改变电阻.
③元件符号:
④结构示意图:
①要与用电器串联.
②要使用“一上一下”两个接线柱.
③开关闭合前，滑片应在滑动变阻器最大阻值处（起到保护电路作用）.
电位器：调节音量、电灯亮度、电热毯、电饭锅的温度等.
滑动
变阻器
应用
变阻器
使用
【课堂练习】
1．如图所示是滑动变阻器接入电路中的情形，当滑片P向右滑动时，连入电路的电阻变大的有（ ）
A．1个 B．2个 C．3个 D．4个
【答案】B.
【解析】滑动变阻器正确接入电路的接线方法是“一上一下”，且滑片移动时，距离下面的接线柱越近，接入电路的电阻越小，越远越大。当滑片P向右滑动时，第一个图，滑片距离下面的接线柱变远，电阻变大；第二个图，滑片距离下面的接线柱变近，电阻变小；第四个图，滑片距离下面的接线柱变远，电阻变大；第三个图导线接在了下面的接线柱上，相当于一个定值电阻。 所以当滑片P向右滑动时，连入电路的电阻变大的有2个，B符合题意。故选B。
2．滑动变阻器上标有“100Ω 5A”的字样，如图2所示：
（1）滑片P移到A点时，接入电路电阻为______Ω；
（2）将该滑动变阻器接入电路，则滑片P移到___点；
（3）如果将导线接到CD接线柱，则接入电路的电阻为____。
【答案】100；A；0Ω。
【解析】（1）滑片P移到A点时，滑动变阻器的电阻丝全部接入电路中，电阻值最大，为100Ω。
（2）为了保护电路，滑动变阻器接入电路中，滑片应处于阻值最大的位置，即滑片移动到A点。
（3）如果将导线接到CD接线柱，是金属杆接入电路中，接入电路的电阻为0Ω。
图2 图3
3．如图3所示，用变阻器控制灯泡L的亮度，若要求滑片P向左滑动时灯泡逐渐变亮，则下列接法中正确的是（ ）
A．M接C，N接D B．M接A，N接B
C．M接C，N接B D．M接A，N接D
【答案】C。
【解析】滑动变阻器的滑片左移，灯泡变亮，电路中
电流要变大，则变阻器连入电路的电阻要变小，滑动变阻器接入电路的电阻丝变短。下面的接线柱一定接接线柱C，上面的接线柱接A或B，故C正确，ABD错误。
故选C。
4. 如图4所示为一种电位器的结构图，可通过转动旋钮带动滑片移动从而调节阻值的大小。下列说法正确的是（ ）
A．若想用它来调节灯泡的亮度，应该将其与灯泡并联
B．它是通过改变接入电路中电阻丝的横截面积来改变电阻大小的
C．若将BC两个接线柱接入电路，顺时针转动旋钮，接入电阻变小
D．若将AC两个接线柱接入电路，顺时针转动旋钮，接入电阻变大
【答案】C.
【解析】A．若想用它来调节灯泡的亮度，电位器应
与灯泡串联，才能相互影响，故A错误；
B．它是通过控制电阻丝的横截面积不变，改变接入电路中电阻丝的长度来改变电阻大小的，故B错误；
C．若将BC两个接线柱接入电路，顺时针转动旋钮，接入电路中电阻丝长度变短，电阻变小，故C正确；
D．若将AC两个接线柱接入电路，顺时针转动旋钮，接入电路中电阻丝长度不变，接入电阻不变，故D错误。故选C。
图4 图5
5．小明收集了很多材料和长度都相同但粗细不同的铅笔芯。如图5是用他身边的器材自制的简易调光灯电路，下列说法正确的是（ ）
A．该实验装置可以探究导体电阻与导体材料的关系
B．该实验装置不可以探究导体电阻与导体长度的关系
C．闭合开关，夹子A向右移动的过程中灯泡亮度变亮
D．夹子A从最左端移动到最右端的过程中，他发现灯泡亮度变化不明显，他应该调换更粗的铅笔芯来做实验
【答案】C。
【解析】AB．根据实物图可知，实验中移动夹子A，铅笔芯接入电路中的长度改变，铅笔芯的材料、横截面积、温度不变，所以探究的是导体电阻与导体长度的关系；由于材料不变，所以不能探究电阻与材料的关系，故AB错误；
C．闭合开关，夹子A向右移动的过程中，铅笔芯接入电路中的长度变短，电阻变小，根据欧姆定律可知，通过灯泡的电流变大，灯泡亮度变亮，故C正确；
D．夹子A从最左端移动到最右端的过程中，他发现灯泡亮度变化不明显，这说明铅笔芯的电阻变化较小，他应该调换更细的铅笔芯来做实验，故D错误。故选C。
6．请根据电路图，用笔画线代替导线将图乙中的电路连接完整（电源电压为6V，导线不能交叉）。
【答案】见右图.
【解析】甲图中，R与变阻器串联，电压表测R的电压，电流表测电路的电流；因电源电压为6V，故电压表选用大量程与电阻并联，电流表与电阻串联在电路中，滑动变阻器采用一上一下的方式串联接入电路。综上实物图连接如图所示.
7. 在图所示的电路中，请根据标出的电流方向，将电源、电流表、电压表三个元件符号填入电路中空缺处，要求向左移动滑片P，电压表示数变大。
【答案】见右图。
【解析】由题意可得，R1与R2串联，当滑片向左滑动时，R2接入电路的电阻变大，电路中电流表小，R1所分得电压变小，R2两端的电压变大，故电压表测滑动变阻器两端电压，如图所示。
8．如图所示是一个自动体重测试仪的工作原理图，体重显示表是由______（选填“电流表”或“电压表”）改装而成的，它的示数越大，说明所测人的质量越____。
【答案】电流表。大。
【解析】如图所示，体重显示表是串联在电路中的，电压表要与被测用电器并联，故体重显示表是由电流表改装而成的。
体重测试仪（电流表）的示数越大，电路的总电阻越小，由串联电路中总电阻等于各分电阻之和可知，滑动变阻器R2接入电路中的电阻越小，则体重测试台受到的压力越大，即所测人的重力越大，其质量也越大。
9. 请仔细观察电阻箱的图片，回答：
（1）如图甲所示旋盘式电阻箱的阻值是__________；
（2）实验时，小明想用插入式电阻箱获得12Ω电阻，可以将图中电阻箱上的____号铜塞同时拔去（填序号）。
【答案】2018Ω；1、3、5或2、3、4 。
【解析】（1）电阻箱示数为R=2×1000Ω+ 0×100Ω+ 1×10Ω+ 8×1Ω= 2018Ω
（2）由图示知，铜塞插下时，对应的电阻短路。铜塞拨出时，对应电阻串联连接。实验时需要12欧的电阻，按电阻箱上的数据
2Ω+4Ω+6Ω=12Ω 3Ω+4Ω+5Ω=12Ω
所以拨出相应的铜塞即可，有两种方法：拨出1、3、5或2、3、4号铜塞。
10．一位同学做“用滑动变阻器改变通过小灯泡的电流”实验。
（1）请你按下列要求，用笔画线做导线，把图中元件连成电路；已知：①用电压表测小灯泡两端电压，约为2.5V，用电流表测小灯泡电流，约为0.7A；②滑动变阻器滑片P向右移动时灯泡变亮；
（2）实验前滑片P应在变阻器的 ___端（选填“A”或“B”）；
（3）变阻器上标有“20Ω 1A”的字样，20Ω表示 _________，1A表示 _________；
（4）闭合开关后，发现灯泡不亮，电流表无示数，但电压表有示数，故障可能是 _____。
【答案】（1）见右图；（2）A；（3）滑动变阻器的最大阻值为20Ω；滑动变阻器允许通过的最大电流为1A；（4）小灯泡断路。
【解析】（1）灯泡两端电压是2.5V，电压表应选0~3V量程，灯泡电流为0.7A，电流表选0~3A量程，滑动变阻器滑动片P向右移动时灯泡变亮，滑动变阻器接入电路的阻值减小，滑动变阻器用右半段电阻丝，如图所示。
（2）实验前连接电路时，为了电路中各元件安全，滑片P应在变阻器的A端，此时滑动变阻器接入电路的阻值为其最大阻值。
（3）20Ω表示滑动变阻器的最大阻值是20Ω；1A表示允许通过滑动变阻器的最大电流是1A。
（4）闭合开关，灯泡不亮，电流表无示数，说明电路存在断路，电压表有示数，电压表并联电路之外不存在断路，则与电压表并联的灯泡断路。
【课后反思】
本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？