师:同学们,今天我们一起学习变阻器相关内容。为什么不能用湿手操作电器呢?因为手变湿后电阻变小,导电性能变强。那又为什么家庭电路中用铜导线而不用铁导线呢?这是因为相同规格的铁电阻比铜大6倍左右。从这些现象可知,生活中有时需要电阻大些,有时希望电阻小些。那你们知道什么方法容易改变电阻丝电阻大小吗?接下来我们看个实验。
我们选取定阻电率演示器上的一根镍铬合金丝,将多用电表打至欧姆档,此时导线夹两端电阻丝电阻为0.7欧。将导线夹向右移动,可观察到电阻逐渐变大,现在示数为8欧。如果想让电阻变得更大,应该如何操作呢?
像这样能改变接入电路中电阻大小的元件叫做变阻器。在刚才实验中,让电阻丝电阻连续变化的方法是什么呢?当连续增加电阻丝长度时,电阻就逐渐变大了。要是想更大范围改变电阻大小,又该怎么办呢?
我们将导线夹继续向右移动,选取更长的电阻丝,这样就能得到更大电阻。
但选取更长电阻丝实验需要较大空间,操作不方便,该怎么解决呢?同学们回忆一下,学校操场一圈400米,若要跑1千米,你们会怎么做?可以让电阻丝绕圈,紧密绕在绝缘体如瓷管、塑料管上。可新问题出现了,电阻丝紧密缠绕后,相邻两圈电阻丝之间连通,电流直接从电阻丝表面一端流到另一端,即一端夹子在电阻丝表面移动时,电流流过电阻丝长度变化很小。为避免这种情况,想让电流一圈一圈流过整条电阻丝,该如何改进呢?我们不用裸金属丝,改用有绝缘皮的线圈,这样相邻两圈电阻丝就彼此绝缘,让电流从电阻丝一端流入,经过整条电阻丝后从另一端流出。
不过,新问题又冒出来了,由于绝缘外皮存在,导线夹在电阻丝表面滑动时无法与线圈直接接触,电路就断开了。
如何解决这一问题呢?假设电阻丝a、b上有个位置p,我想把这部分电阻丝接入电路,该怎么办?可以把电阻丝p表面绝缘皮刮掉一点点,露出小点,让导线夹和它接触,但其他部分仍绝缘。要是想让导线夹在电阻丝上移动到的位置都能接入电路,又该怎么办?可以把电阻丝表面绝缘皮刮开一条线,使导线夹能与所滑到位置的电阻丝接触。
实际上,为在磁管上绕更多电阻丝,我们用绝缘漆代替绝缘皮,能看到线圈中间那条亮线就是绝缘漆被刮掉的部分。那如何固定导线夹呢?为方便操作,我们把滑片p套在金属杆和接线柱C、D上。滑片p移动到不同位置,就相当于导线夹滑到电阻丝不同位置。这样通过改变接入电路中电阻丝长度来改变接入电路电阻,我们把这样的装置叫做滑动变阻器。
滑动变阻器是重要电学元件,我们先看它的实物图和结构示意图。与实物图对照,它有四个接线柱A、B、C、D,电阻丝在下端A、B,金属杆是C、D,这是滑片p。它的元件符号与电阻类似,有个向下箭头形象表示滑片。我们知道滑动变阻器有4个接线柱,那把它接入电路有几种方法呢?老师考考大家,如果将滑动变阻器按以下两种方式接入电路,能起到改变电阻作用吗?好,现在请记住答案。接下来我们用多用电表验证猜想是否正确。
将多用电表打至欧姆档,用导线夹在滑动变阻器上接线柱C、D两端,观察到此时电阻为0欧,改变滑片位置,电阻保持0欧不变。
我们画出CD接法时电流走向,实际上接入电路的是金属杆。从结构可知金属杆电阻与导线类似,将上端金属杆C、D接入电路,电阻接近于零。
将导线夹接在滑动变阻器下端A、B两接线柱上,观察到此时电阻为11.4欧。移动滑片,电阻值大小不变。
我们画出AB接法时电流走向,接入电路的是全部电阻丝,将下端金属丝A、B接入电路,相当于接入定值电阻。由此发现,滑动变阻器同时接上接线柱或下接线柱都不能改变接入电路电阻大小。怎样才能有效改变接入电路电阻呢?接下来以BD接法为例,分析滑动变阻器有效接法。
连接BD接线柱,观察到此时电阻为4.2Ω,向左移动滑片,与下端接线柱距离变大,电阻也变大;向右移动滑片,下端接线柱与滑片距离变小,电阻逐渐变小。
我们画出BD接法时电流走向,此时接入电路的有效电阻为BP段。当滑片p远离b接线柱时,电阻变大,说明这种接法可改变接入电路电阻。那大家认为接入电路的有效电阻由什么决定呢?
