难点12滑动变阻器应用分析(高考物理攻克难点的锦囊妙计)
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高考物理攻克难点的锦囊妙计(下册)目录高考物理温习方式 (1)难点21 力电综合问题思路分析 (3)难点22 物理动态问题分析 (9)难点23 物理多解问题分析策略 (14)难点24 物理解题中的数学应用 (21)难点25 数形结合思想与图象法解题 (29)难点26 等效思想在物理解题中的应用 (36)难点27 对称思想在物理解题中的应用 (41)难点28 守恒思想在物理解题中的应用 (48)难点29 物理状态及物理进程的分析 (54)难点30 物理模型的构建 (61)难点31 隐含条件的挖掘应用 (66)难点32 力学规律的优选策略 (72)难点33 物理解题及规范化 (81)难点34 高考论述型命题解答指要 (89)难点35 高考估算型命题求解思路 (95)难点36 高考实际应用型命题求解策略 (101)难点37 高考信息给予型命题特点及切入 (107)难点38 高考实验设计型命题的求解策略 (114)难点39 高考开放型命题求解与思维发散 (119)难点40 学科间综合命题探析 (125)河南科技大学生物医学工程系高考物理温习方式一、明确重点,骨干知识网络化,掌握分析问题解决问题的方式牛顿运动定律,功能关系,动量守恒定律,带电粒子在电磁场中的运动,电磁感应等是物理学的重点知识。
从最近几年理综试题上看,重点知识的考察占分约80%,温习中要要认真弄好专题温习,对物理学的骨干知识(考试说明中的Ⅱ层次内容),应做到深刻理解,并能灵活运用。
要通过归纳、类比、图表、知识结构图等形式,将散布在各章节零散而又有内在联系的知识点联系起来,形成便于记忆和巩固的知识网络,从头的高度把握整个知识结构体系,为知识的迁移奠定坚实的基础。
第二轮温习可以把高中物理划分成八个大的单元:①运动和力;②动量与能量;③热学;④带电粒子在电、磁场中的运动;⑤电磁感应与电路分析;⑥力、电和力、热的综合;⑦光学和原子物理;⑧物理实验。
《变阻器》重难点突破一、教学内容分析本节由“变阻器”和“变阻器的应用”两部分构成,变阻器是电学实验中重要的器材,它在电路中可以起到保护电路、改变电路的电流和电压等功能。
变阻器是后面学习欧姆定律、电功率等知识的基础,并且在实际的各种用电器、自动控制等方面都使用到了变阻器,具有广泛的应用。
变阻器是前面影响电阻大小因素的应用,通过改变灯泡的亮度实验,对比各种方法,总结出改变长度来改变导体接入电路的电阻是最佳方案,所以本节的教学重点是通过实验知道变阻器的工作原理。
由于滑动变阻器结构比较复杂,把滑动变阻器正确接入电路对于初学者有点难,可以通过学生自主实验,把滑动变阻器的四个接线柱分别两两接入电路,观察对灯泡亮度的作用,总结出滑动变阻器的连接方法,会根据实际要求把变阻器接入电路,本节教学的难点是按要求正确连接变阻器。
本节的教学重点是知道变阻器的工作原理;难点是按要求正确连接变阻器。
二、重难点突破1.知道变阻器的工作原理突破建议:展示调光灯,利用旋钮来改变灯的亮度,提出问题改变电阻的方法。
利用手边的实验器材自己设计一个电路,利用铅笔芯改变小灯泡的亮度,学生可以想到多种方法,总结出来只有两种:改变电源和改变电路中的电阻。
本节主要是研究如何改变导体的电阻,结合上节课的内容可以知道,改变电阻可以改变导体的材料、长度和横截面积等,但对比发现改变导体接入电路中的长度是最简便的。
变阻器就是能改变接入电路电阻大小的元件,物理实验室中最常见的变阻器就是滑动变阻器,变阻器在工作时都是通过改变接入电路的电阻大小来改变电路中的电流和电压的。
学生先阅读滑动变阻器的结构及参数,了解滑动变阻器的最大阻值及允许通过的最大电流,尝试使用滑动变阻器来改变灯泡的亮度,学生分组动手进行实验,通过实验理解变阻器的工作原理。
为了对变阻器有更具体的认识,可以介绍实际应用中的变阻器,除了实验室中用的滑动变阻器和电阻箱外,在各种电器中还经常使用电位器,它在电路中的作用与滑动变阻器相同,也是通过改变接入电路的电阻来改变电路中的电流和电压。
滑动变阻器教学难点的突破作者:王庚申来源:《中学课程辅导·教师教育(上、下)》2021年第17期摘要:滑动变阻器是物理电学部分的一个重要仪器,近几年,高考设计的命题不仅对其直接或间接应用进行考查,而且还根据滑动变阻器的特点和应用,进行拓展性考查。
笔者通过介绍滑动变阻器的原理和连接方法,对滑动变阻器的用法进行分析归纳,并让学生自己操作来体验滑动变阻器的使用,从而实现理论与实践的紧密结合,课堂与生活实践的有机融合,激发学生学物理的兴趣。
关键词:中学物理;滑动变阻器;应用中图分类号:G633.7文献标识码:A文章编号:1992-7711(2021)17-114一、架设桥梁,巧妙过渡,凸现滑动变阻器的原理滑动变阻器的连接方法有六种,有效的接法有四种,同上或同下起不到分压限流作用,因此可视为无效的接法。
如果把这些接法一下都教给学生,学生难免不能接受。
在具体讲解过程中,可采用由浅入深、循序渐进的方法进行讲解。
首先用铅笔芯和小灯泡、电池组、夹子、开关组成一个电路,闭合开关,用夹子在铅笔芯上滑动,观察小灯泡亮度的变化,同时让学生知道,灯泡亮度的改变是由于夹子在铅笔芯上滑动的结果,接着让学生回顾影响电阻大小的因素,学生很容易得结论:由于铅笔芯长度的改变,导致电路中的电阻和电流随之改变。
接着用一根电炉丝绕在直径为3cm的木棍上来代替铅笔芯(各匝数之间不能接触),重复上述实验,让学生很清楚地认识到,滑动变阻器是通过改变连入电路中电阻丝的长度从而改变电路中的电阻和电流的。
在经历了直的铅笔芯和弯曲的电炉丝这两个过渡桥梁之后,学生对滑动变阻器的原理有了感性认识,新旧知识衔接,就不会感到突然,也为后面的学习内容奠定了基础。
二、分析归纳,加深理解滑动变阻器的接法1.滑动变阻器的作用。
通过前面的实验我们可知,滑动变阻器是通过改变电阻丝的长度来改变电阻和电流,从而实现分压与限流作用,使用前应将滑片滑至阻值最大处,保护整个电路。
第1页难点1 连接体问题·整体法与隔离法两个或两个以上物体相互连接参与运动的系统称为连接体.以平衡态或非平衡态下连接体问题拟题屡次呈现于高考卷面中,是考生备考临考的难点之一.●难点展台1.(★★★★)如图2-1,质量为2 m 的物块A 与水平地面的摩擦可忽略不计,质量为m 的物块B 与地面的动摩擦因数为μ,在已知水平推力F 的作用下,A 、B 做加速运动,A 对B 的作用力为____________.2.(★★★★)A 的质量m 1=4 m ,B 的质量m 2=m ,斜面固定在水平地面上.开始时将B 按在地面上不动,然后放手,让A 沿斜面下滑而B 上升.A 与斜面无摩擦,如图2-2,设当A 沿斜面下滑s 距离后,细线突然断了.求B 上升的最大高度H .●案例探究[例1](★★★★)如图2-3所示,质量为M 的木箱放在水平面上,木箱中的立杆上套着一个质量为m 的小球,开始时小球在杆的顶端,由静止释放后,小球沿杆下滑的加速度为重力加速度的21,即a =21g ,则小球在下滑的过程中,木箱对地面的压力为多少?命题意图:考查对牛顿第二定律的理解运用能力及灵活选取研究对象的能力.B 级要求.错解分析:(1)部分考生习惯于具有相同加速度连接体问题演练,对于“一动一静”连续体问题难以对其隔离,列出正确方程.(2)思维缺乏创新,对整体法列出的方程感到疑惑.解题方法与技巧: 解法一:(隔离法)木箱与小球没有共同加速度,所以须用隔离法.取小球m 为研究对象,受重力mg 、摩擦力F f ,如图2-4,据牛顿第二定律得: mg -F f =ma①取木箱M 为研究对象,受重力Mg 、地面支持力F N 及小球给予的摩擦力F f ′如图2-5.据物体平衡条件得:F N -F f ′-Mg =0② 且F f =F f ′③图2—4图2-5图2-312-图22-图由①②③式得F N =22mM +g 由牛顿第三定律知,木箱对地面的压力大小为F N ′=F N =22mM +g . 解法二:(整体法)对于“一动一静”连接体,也可选取整体为研究对象,依牛顿第二定律列式: (mg+Mg )-F N =ma+M ×0故木箱所受支持力:F N =22mM +g ,由牛顿第三定律知: 木箱对地面压力F N ′=F N =22mM +g .●锦囊妙计一、高考走势连接体的拟题在高考命题中由来已久,考查考生综合分析能力,起初是多以平衡态下的连接体的题呈现在卷面上,随着高考对能力要求的不断提高,近几年加强了对非平衡态下连接体的考查力度.二、处理连接体问题的基本方法在分析和求解物理连接体命题时,首先遇到的关键之一,就是研究对象的选取问题.其方法有两种:一是隔离法,二是整体法. 1.隔离法(1)含义:所谓隔离(体)法就是将所研究的对象--包括物体、状态和某些过程,从系统或全过程中隔离出来进行研究的方法. (2)运用隔离法解题的基本步骤:①明确研究对象或过程、状态,选择隔离对象.选择原则是:一要包含待求量,二是所选隔离对象和所列方程数尽可能少. ②将研究对象从系统中隔离出来;或将研究的某状态、某过程从运动的全过程中隔离出来. ③对隔离出的研究对象、过程、状态分析研究,画出某状态下的受力图或某阶段的运动过程示意图.④寻找未知量与已知量之间的关系,选择适当的物理规律列方程求解. 2.整体法(1)含义:所谓整体法就是将两个或两个以上物体组成的整个系统或整个过程作为研究对象进行分析研究的方法.(2)运用整体法解题的基本步骤: ①明确研究的系统或运动的全过程.②画出系统的受力图和运动全过程的示意图.③寻找未知量与已知量之间的关系,选择适当的物理规律列方程求解.隔离法与整体法,不是相互对立的,一般问题的求解中,随着研究对象的转化,往往两种方法交叉运用,相辅相成.所以,两种方法的取舍,并无绝对的界限,必须具体分析,灵活运用.无论哪种方法均以尽可能避免或减少非待求量(即中间未知量的出现,如非待求的力,非待求的中间状态或过程等)的出现为原则.●歼灭难点训练1.(★★★)如图2-8所示,质量为M 的框架放在水平地面上,一轻弹簧上端固定一个质量为m 的小球,小球上下振动时,框架始终没有跳起.当框架对地面压力为零瞬间,小球的加速度大小为图2-8第3页A.gB.mmM - g C.0 D.mmM +g 2.(★★★)如图2-9所示,A 、B 两小球分别连在弹簧两端,B 端用细线固定在倾角为30°的光滑斜面上,若不计弹簧质量,在线被剪断瞬间,A 、B 两球的加速度分别为 A.都等于2g B. 2g 和0 C.2g M M M B B A ⋅+和0 D.0和2g M M M B B A ⋅+3.(★★★★)如图2-10,质量为m 的物体A 放置在质量为M 的物体B 上,B 与弹簧相连,它们一起在光滑水平面上做简谐振动,振动过程中A 、B 之间无相对运动,设弹簧的劲度系数为k ,当物体离开平衡位置的位移为x 时,A 、B 间摩擦力的大小等于A.0B. k xC.(Mm)k x D.(mM m+)k x4.(★★★★)如图2-11所示,半径为R 的光滑圆柱体,由支架固定于地面上,用一条质量可以忽略的细绳,将质量为m 1和m 2的两个可看作质点的小球连接,放在圆柱体上,两球和圆心O 在同一水平面上,在此位置将两物体由静止开始释放,问在什么条件下m 2能通过圆柱体的最高点且对圆柱体有压力?5.(★★★★)如图2-12所示,一轻绳两端各系一小球(可视为质点),质量分别为M 和m (M >m ),跨放在一个光滑的半圆柱体上.两球从水平直径AB 的两端由静止释放开始运动.当m 刚好达到圆柱体侧面最高点C 处时,恰脱离圆柱体.则两球质量之比M ∶m =?6.(★★★★★)如图2-13所示,金属杆a 在离地h 高处从静止开始沿弧形轨道下滑,导轨平行的水平部分有竖直向上的匀强磁场B ,水平部分导轨上原来放有一金属杆b ,已知a 杆的质量与b 杆的质量为m a ∶m b =3∶4,水平导轨足够长,不计摩擦,求:(1)a 和b 的最终速度分别是多大?(2)整个过程中回路释放的电能是多少?(3)若已知a 、b 杆的电阻之比R a ∶R b =3∶4,其余电阻不计,整个过程中a 、b 上产生的热量分别是多少?参考答案[难点展台] 1.T =31(F +2μmg ) 2.H =1.2 s [歼灭难点训练] 1.D 2.D 3.D4.选系统为研究对象,据机械能守恒定律得:m 1g42Rπ=m 2gR +21(m 1+m 2)v 2 ①选m 2为研究对象,在最高点据牛顿第二定律得:m 2g -N =m 2Rv 2(N 为m 2所受支持力)②欲使m 2通过圆柱体最高点,则:N >0③图2-9图2-10图2—11图2-12图2-13联列①②③得:132-πm >m 1,且应m 1>m 2. 故条件为:132-πm >m 1>m 2. 5.选系统为研究对象,由机械能守恒定律得:Mg ·42Rπ=mgR +21(M +m )v 2①因m 到达最高点时恰离开圆柱体,据牛顿第二定律得:mg =m Rv 2②联立①②式得:13-=πm M 6.提示:本题实质亦属连接体问题,金属杆a 和b 的连结是靠它们间所受安培力的作用实现的.在解题过程中,由于各自所受安培力为变力,若用隔离法不便列式求解,而采用整体法对系统列方程便非常易解.(1)v a =v b =73gh 2 (2)E =74m a gh(3)Q a /Q b =R a /R b =73; Q a =73E =4912m a gh Q b =gh m E a 491674=难点2 追碰问题“追碰”类问题以其复杂的物理情景,综合的知识内涵及广阔的思维空间,充分体现着考生的理解能力、分析综合能力、推理能力、空间想象能力及理论联系实际的创新能力,是考生应考的难点,也是历届高考常考常新的命题热点.●难点展台1.(★★★★)(1999年全国)为了安全,在公路上行驶的汽车之间应保持必要的距离.已知某高速公路的最高限速v=120 km/h.假设前方车辆突然停止,后车司机从发现这一情况,经操纵刹车,到汽车开始减速所经历的时间(即反应时间)t=0.50 s,刹车时汽车受到阻力的大小f为汽车重的0.40倍,该高速公路上汽车间的距离s至少应为多少?(取重力加速度g=10 m/s2)2.(★★★★★)(2000年全国)一辆实验小车可沿水平地面(图中纸面)上的长直轨道匀速向右运动.有一台发出细光束的激光器装在小转台M上,到轨道的距离MN为d=10 m,如图1-1所示.转台匀速转动,使激光束在水平面内扫描,扫描一周的时间图1-1 为T=60s.光束转动方向如图中箭头所示.当光束与MN的夹角为45°时,光束正好射到小车上.如果再经过Δt=2.5 s,光束又射到小车上,则小车的速度为多少?(结果保留两位数字)●案例探究●锦囊妙计一、高考走势“追碰”问题,包括单纯的“追及”类、“碰撞”类和“追及碰撞”类,处理该类问题,首先要求学生有正确的时间和空间观念(物体的运动过程总与时间的延续和空间位置的变化相对应).同时,要求考生必须理解掌握物体的运动性质及规律,具有较强的综合素质和能力.该类问题综合性强,思维容量大,且与生活实际联系密切,是高考选拔性考试不可或缺的命题素材,应引起广泛的关注.二、“追及”“碰撞”问题指要1.“追及”问题讨论追及、相遇的问题,其实质就是分析讨论两物体在相同时间内能否到达相同的空间位置问题.一定要抓住两个关系:即时间关系和位移关系.一个条件:即两者速度相等,它往往是物体间能否追上、追不上或(两者)距离最大、最小的临界条件,也是分析判断的切入点.三、处理“追碰”类问题思路方法第5页解决“追碰”问题大致分两类方法,即数学法(如函数极值法、图象法等)和物理方法(参照物变换法、守恒法等).●歼灭难点训练1.(★★★★)两辆完全相同的汽车,沿水平直路一前一后匀速行驶,速度均为v 0,若前车突然以恒定的加速度刹车,在它刚停住时,后车以前车刹车时的加速度开始刹车,已知前车在刹车过程中所行驶的距离为s ,若要保证两车在上述情况中不相撞,则两车在匀速行驶时保持距离至少应为多少?2.(★★★★)如图1-5所示,水平轨道上停放着一辆质量为5.0×102 kg 的小车A ,在A 的右方L =8.0 m 处,另一辆小车B 正以速度v B =4.0 m/s 的速度向右做匀速直线运动远离A 车,为使A 车能经过t =10.0 s 时间追上B 车,立即给A 车适当施加向右的水平推力使小车做匀变速直线运动,设小车A 受到水平轨道的阻力是车重的0.1倍,试问:在此追及过程中,推力至少需要做多少功? 取g =10 m/s 2)图1-53.(★★★★)如图1-6所示,在光滑的水平面上放置一质量为m 的小车,小车上有一半径为R 的41光滑的弧形轨道,设有一质量为m 的小球,以v 0的速度,方向水平向左沿圆弧轨道向上滑动,达到某一高度h 后,又沿轨道下滑,试求h 的大小及小球刚离开轨道时的速度.4.(★★★★★)如图1-7所示,长为2L 的板面光滑且不导电的平板小车C 放在光滑水平面上,车的右端有块挡板,车的质量m C =4 m,绝缘小物块B 的质量m B =2 m.若B 以一定速度沿平板向右与C 车的挡板相碰,碰后小车的速度总等于碰前物块B 速度的一半.今在静止的平板车的左端放一个带电量为+q 、质量为m A =m 的小物块A ,将物块B 放在平板车的中央,在整个空间加上一个水平方向的匀强电场时,金属块A 由静止开始向右运动,当A 以速度v 0与B 发生碰撞,碰后A 以41v 0的速率反弹回来,B 向右运动. (1)求匀强电场的场强大小和方向.(2)若A 第二次和B 相碰,判断是在B 与C 相碰之前还是相碰之后?(3)A 从第一次与B 相碰到第二次与B 相碰这个过程中,电场力对A 做了多少功?5.(★★★★★)如图1-8所示,水平放置的导轨,其电阻、摩擦均不计,固定在竖直向下的匀强展台中,磁感应强度为B ,左端间距为2L ,右端间距为L ,今在导轨上放ab 、cd 两杆,其质量分为2M 、M ,电阻分为2R 、R ,现让ab 杆以初速度v 0向右运动.求cd 棒的最终速度(两棒均在不同的导轨上).图1-6图1-7图1-8第7页参考答案[难点展台] 1.1.6×102 m2.提示:该题为一“追及”的问题,有两种可能解,第一次为物追光点,在相同时间内,汽车与光点扫描的位移相等,L 1=d (tan45°-tan30°),则v 1=vL ∆1=1.7 m/s,第二次为(光)点追物,时间相同,空间位移相同,L 2=d (tan60°-tan45°),可得v 2=tL ∆2=2.9 m/s. 3.(1)s =l -gv μ420 (2)v A =41v 0;v B =v C =83v 0[歼灭难点训练]1.ABC2.2 s3.W min =2.8×104 J4.小球从进入轨道,到上升到h 高度时为过程第一阶段,这一阶段类似完全非弹性的碰撞,动能损失转化为重力势能(而不是热能). 据此可列方程:mv 0=(m +m )v , ①21mv 02=21(m +m )v 2+mg h ②解得h =v 02/4g .小球从进入到离开,整个过程属弹性碰撞模型,又由于小球和车的等质量,由弹性碰撞规律可知,两物体速度交换,故小球离开轨道时速度为零.说明:广义上的碰撞,相互作用力可以是弹力、分子力、电磁力、核力等,因此,碰撞可以是宏观物体间的碰撞,也可以是微观粒子间的碰撞.拓宽后的碰撞,除例题代表的较长时间的碰撞题型外,还有非接触型碰撞和非弹力作用的碰撞. 5.(1)对金属块A 用动能定理qEL =21mv 02 所以电场强度大小E =qLmv 22方向水平向右(2)A 、B 碰撞,由系统动量守恒定律得m A v 0=m A (-41v 0)+m B v B 用m B =2m 代入解得v B =85v 0B 碰后做匀速运动,碰到挡板的时间t B =58v L v L B = A 的加速度a A =Lv22A 在tB 段时间的位移为s A =v a t B +21at B 2=-41v 0·21580 v L ·L v 220·(058v L )2=256L 因s A <L ,故A 第二次与B 相碰必在B 与C 相碰之后(3)B 与C 相碰,由动量守恒定律可得 m B v B =m B v B ′+m C v C ′ v C ′=21v B v B ′=0 A 从第一次相碰到第二次与B 相碰的位移为L ,因此电场力做的功 W 电=qEL =21mv 02. 6.320v图3—4 图3—5 图3-1图3-2图3-3图3—79 / 6210 / 62(1)设自行车在水平路面上匀速行进时,受到的平均阻力为f ,人蹬脚踏板的平均作用力为F ,链条中的张力为T ,地面对后轮的静摩擦力为f s .通过观察,写出传动系统中有几个转动轴,分别写出对应的力矩平衡表达式;(2)设R 1=20 cm ,R 2=33 cm ,脚踏大齿盘与后轮齿盘的齿数分别为48和24,计算人蹬脚踏板的平均作用力与平均阻力之比;(3)自行车传动系统可简化为一个等效杠杆.以R 1为一力臂,在框中画出这一杠杆示意图,标出支点,力臂尺寸和作用力方向.命题意图:以生活中的自行车为背景,设立情景,考查运用力矩、力矩平衡条件解决实际问题的能力,尤其是构建物理模型的抽象、概括能力.B 级要求.错解分析:(1)尽管自行车是一种常见的交通工具,但多数考生缺少抽象概括的能力,无法构建传动系统简化的杠杆模型.(2)不能再现自行车的工作过程,无法将r 1/r 2之比与两个齿盘的齿数之比加以联系,导致中途解题受阻.解题方法与技巧:(1)自行车传动系统中的转动轴个数为2,设脚踏齿轮、后轮齿轮半径分别为r 1、r 2,链条中拉力为T .对脚踏齿盘中心的转动轴可列出:FR 1=Tr 1对后轮的转动轴可列出:Tr 2=f s R 2 (2)由FR 1=Tr 1,Tr 2=f s R 2及f s =f (平均阻力)可得24482121==r r R f FR s 所以1033202433481221=⨯⨯==R r R r f F =3.3(3)如图3-8所示图3-8●锦囊妙计一、高考走势随着中学新课程方案推广与实施,“有固定转动轴物体的平衡”以其在现实生活中应用的广泛性,再次被列为高考命题考查的重要内容之一.近几年高考上海卷及2002年全国综合卷的命题实践充分证明了这一点.可以预言:以本知识点为背景的高考命题仍将再现.二、物体平衡条件实际上一个物体的平衡,应同时满足F 合=0和M 合=0.共点力作用下的物体如果满足 F 合=0,同时也就满足了M 合=0,达到了平衡状态;而转动的物体只满足M 合=0就不一定能达到平衡状态,还应同时满足F 合=0方可. 三、有固定转动轴物体平衡问题解题步骤1.明确研究对象,即明确绕固定转动轴转动的是哪一个物体.2.分析研究对象所受力的大小和方向,并画出力的示意图.3.依题意选取转动轴,并找出各个力对转动轴的力臂,力矩的大小和方向.4.根据平衡条件(使物体顺时针方向转动的力矩之和等于使物体逆时针方向转动的力矩之和)列方程,并求解.●歼灭难点训练 1.(★★★)(1992年全国,25)如图3-9所示 ,AO 是质量为m 的均匀细杆,可绕O 轴在竖直平面内自由转动.细杆上的P 点与放在水平桌面上的圆柱体接触,圆柱体靠在竖直的挡板上而保持平衡.已知杆的倾角为θ,AP 长度是杆长的41,各处的摩擦都不计,则挡板对圆柱体的作用力等于____________. 2.(★★★★)一根木料长5.65 m ,把它左端支在地上,竖直向上抬起它的右端时,用力480 N ,用相似的方法抬起它的左端时,用力650 N ,该木料重___________N. 3.(★★★★)如图3-10所示,两个等重等长质料均匀直棒AC 和BC ,其各自一端分别通过转轴与墙壁绞结,其另一端相连于C 点,AC 棒与竖直墙夹角为45°,BC 棒水平放置,当两棒均处于平衡状态时,则BC 棒对AC 棒作用力方向可能处于哪一区域 A.甲区域 B.乙区域 C.丙区域 D.丁区域4.(★★★★)如图3-11所示,长为l 的均匀横杆BC 重为100 N ,B 端用铰链与竖直的板MN 连接,在离B 点54l处悬吊一重为50 N 的重物测出细绳AC 上的拉力为150 N ,现将板MN 在△ABC 所在平面内沿顺时针方向倾斜30°,这时AC 绳对MN 板的拉力是多少?5.(★★★★★)如图3-12所示,均匀木板AB 长12 m ,重200 N ,在距A 端3 m 处有一固定转动轴O ,B 端被绳拴住,绳与AB 的夹角为30°,板AB 水平.已知绳能承受的最大拉力为200 N ,那么重为600 N 的人在该板上安全行走,离A 端的距离应在什么范围?图3-9图3-10图3-11图3-126.(★★★★★)如图3-13所示,梯与墙之间的摩擦因数为μ1,梯与地之间的摩擦因数为μ2,梯子重心在中央,梯长为L .当梯子靠在墙上而不倾倒时,梯与地面的最小夹角θ由下式决定:tan θ=22121μμμ-,试证之.图3—13参考答案[难点展台]1.9mg /4L 2.A [歼灭难点训练]1.31mg sin2θ 2.1130 3.D 4.130 N 5.作出AB 板的受力图3′-1人在O 轴左端x 处,绳子拉直拉力为零.由力矩平衡可得: G 人×x -G ×CO =0 x =人G CO G ⨯=6003200⨯=1 m.即离A 端2 m 处. 人在O 轴右端y 处,绳子的拉力T =200 N ,由力矩平衡得:T sin30°×BO -G 人y -G ×CO =0. y =6003200921200sin30人⨯-⨯⨯=⨯-⨯G CO G BO T=0.5 m即离A 端3.5 m.所以人在板上安全行走距A 端的距离范围为2 m ≤x ≤3.5 m6.略图3′—1难点4 变力做功与能量转化功是中学物理中的重要概念,它体现了力对物体的作用在空间上的累积过程.在考纲中属B级.对功尤其是变力做功是近年考查热点,亦是考生应考的难点.●难点展台1.(★★★★)一物体静止在升降机的地板上,在升降机加速上升的过程中,地板对物体的支持力所做的功等于A.物体势能的增加量B.物体动能的增加量C.物体动能的增加量加上物体势能的增加量D.物体动能的增加量加上克服重力所做的功2.(★★★★)一辆车通过一根跨过定滑轮的绳PQ提升井中质量为m的物体,如图4-1所示.绳的P端拴在车后的挂钩上.设绳的总长不变,绳的质量、定滑轮的质量和尺寸、滑轮上的摩擦都忽略不计.开始时,车在A点,左右两侧绳都已绷紧并且是竖直的,左侧绳长为H.提升时,车向左加速运动,沿水平方向从A经过B驶向C.设A到B的距离也为H,车过B点时速度为v B.求车由A移到B的过程中,绳Q端的拉力对物体做的功是多少?3.(★★★★★)如图4-2所示,若在湖水里固定一细长圆管,管内有一活塞,它的下端位于水面上,活塞的底面积S=1 cm2,质量不计.大气压强p0=1.0×105Pa.现把活塞缓慢地提高H=15 m,则拉力对活塞做的功为_______ J.(g=10 m/s2)●案例探究[例1](★★★★)用铁锤将一铁钉击入木块,设木块对铁钉的阻力与铁钉进入木块内的深度成正比.在铁锤击第一次时,能把铁钉击入木块内1 cm.问击第二次时,能击入多少深度?(设铁锤每次做功相等)命题意图:考查对功概念的理解能力及理论联系实际抽象建立模型的能力.B级要求.错解分析:(1)不能据阻力与深度成正比这一特点,将变力求功转化为求平均阻力的功,进行等效替代.(2)不能类比迁移,采用类似据匀变速直线速度-时间图象求位移的方式,根据F-x图象求功.解题方法与技巧:解法一:(平均力法)铁锤每次做功都用来克服铁钉阻力做的功,但摩擦阻力不是恒力,其大小与深度成正比,F=-f=kx,可用平均阻力来代替.如图4-3,第一次击入深度为x1,平均阻力1F=21kx1,做功为W1=1F x1=21kx12.第二次击入深度为x1到x2,平均阻力2F=21k(x2+x1),位移为x2-x1,做功为W2=2F(x2-x1)=21k(x22-x12).两次做功相等:W1=W2.解后有:x2=2x1=1.41 cm,Δx=x2-x1=0.41 cm.解法二:(图象法)因为阻力F=kx,以F为纵坐标,F方向上的位移x为横坐标,作出F-x图象(图4-4).曲线上面积的值等于F对铁钉做的功.由于两次做功相等,故有:S1=S2(面积),即:21kx12=21k(x2+x1)(x2-x1),所以Δx=x2-x1=0.41 cm[例2](★★★★★)如图4-5所示,置于水平面的平行金属导轨不光滑,导轨一端连接电阻R,其他电阻不计,垂直于导轨平面有一匀强磁场,磁感应强度为B,当一质量为m的金属棒ab在水平恒力F作用下由静止向右滑动时A.外力F对ab棒做的功等于电路中产生的电能B.只有在棒ab做匀速运动时,外力F做的功才等于电路中产生的电能C.无论棒ab做何运动,它克服安培力做的功一定等于电路中产生的电能D.棒ab匀速运动的速度越大,机械能转化为电能的效率越高命题意图:考查考生理解能力、分析综合及推理能力.B级要求.错解分析:对整个物理情景理解不透,对整个物理过程中能量的转化及传递途径理解不透.解题方法与技巧:(能量守恒法)图4-1图4-2 图4-3 图4-4 图4-5圆弧图4-6图4-9图4-10难点5 速度关联类问题求解·速度的合成与分解运动物体间速度关联关系,往往是有些高考命题的切入点.而寻找这种关系则是考生普遍感觉的难点 ●难点展台1.(★★★)如图5-1所示,A 、B 两车通过细绳跨接在定滑轮两侧,并分别置于光滑水平面上,若A 车以速度v 0向右匀速运动,当绳与水平面的夹角分别为α和β时,B 车的速度是多少?2.★★★★如图5-2所示,质量为m 的物体置于光滑的平台上,系在物体上的轻绳跨过光滑的定滑轮. 由地面上的人以恒定的速度v 0向右匀速拉动,设人从地面上的平台开始向右行至绳与水平方向夹角为45°处,在此过程中人对物体所做的功为多少?●案例探究[例1]★★★如图5-3所示,在一光滑水平面上放一个物体,人通过细绳跨过高处的定滑轮拉物体,使物体在水平面上运动,人以大小不变的速度v 运动.当绳子与水平方向成θ角时,物体前进的瞬时速度是多大?命题意图:考查分析综合及推理能力,B 级要求.错解分析:弄不清合运动与分运动概念,将绳子收缩的速度按图5-4所示分解,从而得出错解v 物=v 1=v cos θ.解题方法与技巧:解法一:应用微元法设经过时间Δt ,物体前进的位移Δs 1=BC ,如图5-5所示.过C 点作CD ⊥AB ,当Δt →0时,∟BAC 极小,在△ACD 中,可以认为AC =AD ,在Δt 时间内,人拉绳子的长度为Δs 2=BD ,即为在Δt 时间内绳子收缩的长度.由图可知:BC =θcos BD① 由速度的定义:物体移动的速度为v 物=tBCt s ∆=∆∆1 ② 人拉绳子的速度v =tBDt s ∆=∆∆2③由①②③解之:v 物=θcos v解法二:应用合运动与分运动的关系绳子牵引物体的运动中,物体实际在水平面上运动,这个运动就是合运动,所以物体在水平面上运动的速度v 物是合速度,将v 物按如图5-6所示进行分解.其中:v =v 物cos θ,使绳子收缩.v ⊥=v 物sin θ,使绳子绕定滑轮上的A 点转动.所以v 物=θcos v解法三:应用能量转化及守恒定律由题意可知:人对绳子做功等于绳子对物体所做的功.人对绳子的拉力为F ,则对绳子做功的功率为P 1=Fv ;绳子对物体的拉力,由定滑轮的特点可知,拉力大小也为F ,则绳子对物体做功的功率为P 2=Fv 物cos θ,因为P 1=P 2所以v 物=θcos v图5-7[例2](★★★★★)一根长为L 的杆OA ,O 端用铰链固定,另一端固定着一个小球A ,靠在一个质量为M ,高为h 的物块上,如图5-7所示,若物块与地面摩擦不计,试求当物块以速度v 向右运动时,小球A 的线速度v A (此时杆与水平方向夹角为θ).命题意图:考查综合分析及推理能力.B 级要求.错解分析:①不能恰当选取连结点B 来分析,题目无法切入.②无法判断B 点参与的分运动方向.解题方法与技巧:选取物与棒接触点B 为连结点.(不直接选A 点,因为A 点与物块速度的v 的关系不明显).因为B 点在物块上,该点运动方向不变且与物块运动方向一致,故B 点的合速度(实际速度)也就是物块速度v ;B 点又在棒上,参与沿棒向A 点滑动的速度v 1和绕O 点转动的线速度v 2.因此,将这个合速度沿棒及垂直于棒的两个方向分解,由速度矢量分解图得:v 2=v sin θ.设此时OB 长度为a ,则a =h /sin θ.令棒绕O 点转动角速度为ω,则:ω=v 2/a =v sin 2θ/h . 故A 的线速度v A =ωL =vL sin 2θ/h.图5-1图5-2图5-3图5-4图5-5图5-6。
2020届高考物理一轮复习难点突破滑动变阻器应用分析滑动变阻器是电学实验中常用的仪器,近几年高考电学设计性实验命题对其应用多次直截了当或渗透考查.如何选择滑动变阻器的接法设计操纵电路仍是历届考生应考的难点.●难点展台1.〔★★★★〕如图12-1所示,滑动变阻器电阻最大值为R ,负载电阻R 1=R ,电源电动势为E ,内阻不计.〔1〕当K 断开,滑动头c 移动时,R 1两端的电压范畴是多少? 〔2〕当K 接通,滑动头c 移动时,R 1两端的电压范畴是多少?〔3〕设R 的长度ab =L ,R 上单位长度的电阻各处相同,a 、c 间长度为x ,当K 接通后,加在R 1上的电压U 1与x 的关系如何?2.〔★★★★★〕用伏安法测金属电阻R x 〔约为5 Ω〕的值,电流表内阻为1 Ω,量程为0.6 A,电压表内阻为几k Ω,量程为3 V ,电源电动势为9 V ,滑动变阻器的阻值为0~6Ω,额定电流为5 A ,试画出测量R x 的原理图.●案例探究[例1]〔★★★★★〕用伏安法测量某一电阻R x 阻值,现有实验器材如下:待测电阻R x 〔阻值约5 Ω,额定功率为1 W 〕;电流表A 1〔量程0~0.6 A,内阻0.2 Ω〕;电流表A 2〔量程0~3 A ,内阻0.05 Ω〕;电压表V 1〔量程0~3 V ,内阻3 k Ω〕;电压表V 2〔量程0~15 V ,内阻15 k Ω〕;滑动变阻器R 0〔0~50 Ω〕,蓄电池〔电动势为6 V 〕、开关、导线.为了较准确测量R x 阻值,电压表、电流表应选________,并画出实验电路图. 命题意图:考查正确选择实验仪器及据实验原理设计合理电路的实验能力.B 级要求. 错解分析:没能据安全性、准确性原那么选择A 1和V 1,忽视了节能、方便的原那么,采纳了变阻器的分压接法.解题方法与技巧:由待测电阻R x 额定功率和阻值的大约值,能够运算待测电阻R x 的额定电压、额定电流的值约为U =51⨯≈PR ≈2.2 V,I =5/1/≈R P =0.45 A. 那么电流表应选A 1,电压表应选V 1.图12-1又因30002.0⨯=⨯V A R R =24.5 Ω>R x ,那么电流表必须外接.因为滑动变阻器的全阻值大于被测电阻R x ,故第一考虑滑动变阻器的限流接法,假设用限流接法,那么被测电阻R x 上的最小电流为I min =5056+=+R E E x =0.11 A <I 额,故可用限流电路.电路如图12-2所示.●锦囊妙计一、滑动变阻器的限流接法与分压接法的特点图12-3所示的两种电路中,滑动变阻器〔最大阻值为R 0〕对负载R L 的电压、电流强度都起操纵调剂作用,通常把图12-3〔a 〕电路称为限流接法,图12-3〔b 〕电路称为分压接法.负载R L 上电压调剂范畴〔忽略电源内阻〕负载R L 上电流调剂范畴〔忽略电源内阻〕 相同条件下电路消耗的总功率限流接法R R R L L+E ≤U L ≤E0R R E L +≤I L ≤LR EEI L分压接法0≤U L ≤E0≤I L ≤LR EE 〔I L +I ap 〕 比较 分压电路调剂范畴较大 分压电路调剂范畴较大限流电路能耗较小其中,在限流电路中,通R L 的电流I L =R R EL +,当R 0>R L 时I L 要紧取决于R 0的变化,当R 0<R L 时,I L 要紧取决于R L ,专门是当R 0<<R L 时,不管如何样改变R 0的大小,也可不能使I L 有较大变化.在分压电路中,不论R 0的大小如何,调剂滑动触头P 的位置,都能够使I L 有明显的变化.二、滑动变阻器的限流接法与分压接法的选择方法滑动变阻器以何种接法接入电路,应遵循安全性、精确性、节能性、方便性原那么综合考虑,灵活择取.图12-3图12-21.以下三种情形必须选用分压式接法〔1〕要求回路中某部分电路电流或电压实现从零开始可连续调剂时〔如:测定导体的伏安特性、校对改装后的电表等电路〕,即大范畴内测量时,必须采纳分压接法.〔2〕当用电器的电阻R L 远大于滑动变阻器的最大值R 0,且实验要求的电压变化范畴较大〔或要求测量多组数据〕时,必须采纳分压接法.因为按图12-3〔b 〕连接时,因R L >>R 0>R ap ,因此R L 与R ap 的并联值R 并≈R ap ,而整个电路的总阻约为R 0,那么R L 两端电压U L = IR并=R U·R ap ,明显U L ∝R ap ,且R ap 越小,这种线性关系越好,电表的变化越平稳平均,越便于观看和操作.〔3〕假设采纳限流接法,电路中实际电压〔或电流〕的最小值仍超过R L 的额定值时,只能采纳分压接法.2.以下情形可选用限流式接法〔1〕测量时电路电流或电压没有要求从零开始连续调剂,只是小范畴内测量,且R L 与R 0接近或R L 略小于R 0,采纳限流式接法.〔2〕电源的放电电流或滑动变阻器的额定电流太小,不能满足分压式接法的要求时,采纳限流式接法.〔3〕没有专门高的要求,仅从安全性和精确性角度分析两者均可采纳时,可考虑安装简便和节能因素采纳限流式接法.●消灭难点训练1.〔★★★★〕〔2002年上海〕在如下图12-4所示电路中,当变阻器R 3的滑动头P 向b 端移动时A.电压表示数变大,电流表示数变小B.电压表示数变小,电流表示数变大C.电压表示数变大,电流表示数变大D.电压表示数变小,电流表示数变小2.〔★★★★〕如图12-5所示,当变阻器R 2的触头P 向右滑动时,有A.电容器C 内电场强度增大B.电压表示数增大C.R 1上消耗的功率增大图12—4图12-5D.电源输出的功率一定增大3.〔★★★★〕如图12-6所示电路中,电源电动势为E ,内电阻为r ,R 1和R 2为定值电阻,R 3为可变电阻,当R 3的滑动头P 由a 向b 端滑动过程中,电压表V 1、V 2和电流表A 1、A 2的读数如何变化?4.〔★★★★〕将量程为100μA 的电流表改装成量程为1 mA的电流表,并用一标准电流表与改装后的电流表串联,对它进行校准.校准时要求通过电流表的电流能从零连续调到1 mA ,试按实验要求画出电路图.5.〔★★★★★〕如图12-7所示,电源电动势E =12 V,内阻r = 0.5 Ω,R 1=2 Ω,R 2=3 Ω,滑动变阻器的总电阻R 0=5 Ω,试分析:在滑动片K 从a 端移至b 端的过程中,电流表A 的示数如何变化?6.〔★★★★★〕用伏安法测量一个定值电阻的器材规格如下:待测电阻R x 〔约100 Ω〕;直流电流表〔量程0~10 mA 、内阻50 Ω〕;直流电压表〔量程0~3 V 、内阻5 k Ω〕;直流电源〔输出电压4 V 、内阻不计〕;滑动变阻器〔0~15 Ω、承诺最大电流1 A 〕;开关1个,导线假设干.依照器材的规格和实验要求画出实验电路图.参考答案[难点展台]1.〔1〕2E≤U 1≤E 〔2〕0≤U 1≤E 〔3〕U 1=I R 并,R 并=R LR x RL R x +⋅,I =L R x L R E)(-+并 得:U 1=Lxx L ELx +-22 2.如图12′—1图12′—1[消灭难点训练] 1.B 2.A 、B图12-6图12-73.V 1示数减小 V 2示数增加 A 1示数增大 A 2示数减小4.如图12′—2图12′—25.电流表示数由大变小,然后由小变大.6.用伏安法测量电阻有两种连接方式,即电流表的内接法和外接法,由于R x <v A R R ,故电流表应采纳外接法.在操纵电路中,假设采纳变阻器的限流接法,当滑动变阻器阻值调至最大,通过负载的电流最小,I min =xA R R R E++=24 mA >10 mA,现在电流仍超过电流表的量程,故滑动变阻器必须采纳分压接法.如图12′—3所示.图12′—3。
2.4串联电路和并联电路(2)滑动变阻器的使用方法一、目标展示:1.认识滑动变阻器,理解滑动变阻器的分压与限流接法。
2.会选择滑动变阻器的接法,并能正确地连接实物图。
引入: 你能说出滑动变阻器的各个部件的名称吗?二、学导结合:1.认识滑动变阻器的两种接法思考:下列两图分别是什么连接方式?示意图电路符号A BC 或者D 实物图限流式 分压式2.滑动变阻器的两种接法的比较探究1:接入电路的方式有何不同?(小组讨论,归纳总结)两种接法的等效电路探究2:负载R 上的电压调节范围、电流调节范围各为多少?(小组讨论,归纳总结)两种接法的比较⑴从电压的调节范围来看分压式接法:U L =0→U 限流式接法: ⑵从电流的调节范围来看 分压式接法:0L L U I R =→ 限流式接法:)(L LL U U I R R R =→+ ⑶从节能方面来看在满足负载需要的情况下,限流式电路消耗的总功率小,电源负担轻;而分压式电路消耗的总功率大,电源负担重。
⑷从电路结构上看限流式电路简单,而分压式电路比限流式要复杂得多。
探究3:为了保护电路,开关闭合前触头P 所处位置相同吗?(小组讨论,归纳总结)提示:使电流表示数最小U RL U U L R R L =→+三、深化拓展:思考:1.限流式接法(小组讨论,归纳总结)(1)如果滑片P从最右端移到最左端,通过R x的电流无明显变化,你认为是什么原因?如果要增大R x电流、电压的调节范围,应如何选用滑动变阻器?滑动变阻器的最大阻值偏小;选用最大阻值大的。
(2)这种接法的滑动变阻器的接线方法你会吗?参照实物图画出电路图并连接实物图,归纳接线方法。
“一上一下”,哪边电阻有效,下边接线柱就接哪边的.小结:限流接法选择滑动变阻器的一般原则:选择比待测电阻大或相当的。
2.分压电路(小组讨论,归纳总结)(1)这种接法滑动变阻器的最大阻值R对电阻R x的电流I x、电压U x的变化范围产生影响吗?这种接法又按什么原则选择滑动变阻器呢?不产生影响;选择最大阻值小的滑动变阻器。
如何突破滑动变阻器的教学难点人教版八年级《物理》下册教材中第六单元的滑动变阻器知识,是初中物理电学部分的重要内容,它为后面“欧姆定律”的进一步学习奠定了基础,具有承上启下的作用。
因此,笔者认为,教师只有认真钻研教材,从学生的认知水平出发,不断反思总结,发现新问题,改进教学方式,才能突破滑动变阻器的教学难点。
下面笔者就如何巧妙突破初中物理滑动变阻器的教学难点,谈几点体会:一、新旧知识衔接,展开学生讨论为了学好滑动变阻器的有关知识,我在教学第三节“决定电阻大小的因素”知识时,着重加深了学生对电阻知识的理解:在导体材料、横截面积相同时,电阻的大小跟导体的长度成正比;在导体材料、长度相同时,电阻的大小跟导体的横截面积成反比。
为引入新课和搞清滑动变阻器的工作原理打下基础。
接着,充分利用所学的决定电阻大小的因素:长度、横截面积、材料、温度,设置一个问题:如何改变导体的电阻?让学生思考,同时组织学生展开小组讨论。
学生会根据影响导体电阻大小的因素去猜想,其中不排除有其他的想法,教师将持有不同意见的学生分成不同的探究实验小组,启发学生思考,从而得出改变导体的长度是最方便的一种方法。
还可以利用多媒体辅助教学手段,把接入电路中电阻线的长度随滑片滑动而发生变化的过程制成动画,并将有电流通过的那部分电阻线用彩色显示,这样更能直观地使学生理解滑动变阻器的原理。
二、展示调光台灯,激发学生兴趣学生好奇心很强,教师可以出示调光台灯实物,并当堂演示调光台灯亮度的变化,并在观察的同时引导学生提出问题:(1)这种台灯与普通台灯有何不同的地方?(2)调节旋钮,台灯的亮度有什么变化?调节灯光由暗变亮,再由亮变暗,引导学生运用所学知识,推出在电压不变的情况下,灯泡明暗的变化是由于电路中的电阻发生了改变的结论,这时将学生带入问题所设计的物理情境中。
进而又演示:一段放在木条上的镍铬合金线,P为导线一端的夹子,左右移动夹P的位置,接入电路的电阻随着变化,电灯亮度也随着变化,启发学生:“如何改进这个变阻器以方便操作?从而自然地引出滑动变阻器的原理和作用。
新课标初中物理:如何突破“变阻器”教学难点认识滑动变阻器的结构和原理、理解滑动变阻器是怎样改变电阻从而改变电流的问题,是初中物理“变阻器”一节的教学难点。
本文就如何突破这一教学难点介绍几点做法。
1.趣用小电器,导入新课教师首先让学生仔细观察台灯的明暗变化和收音机音量大小的变化,说明引起这个变化的因素是变阻器在起作用,从而引入课题“变阻器”。
然后做一演示实验:用一根合金电阻线与小灯泡串联,用导线夹代替金属滑片(如图1),可明显地看到:灯泡的明暗变化,是靠改变连入电路的电阻线的长度来改变电阻,从而改变电路中的电流大小实现的。
由此,学生对变阻器结构有了初步认识。
2.巧设思考题,各个击破学生对变阻器结构有了初步认识后,教师巧妙设置了启发诱导、层层深入的一系列思考题:(1)如何把较长的电阻线安装在收音机或台灯里,便于操作?(2)滑动变阻器由哪几个部分组成?(3)电流是如何通过变阻器的各个部分的?(4)滑片和线圈是如何导电的?(5)金属杆有无电阻?(6)线圈的每匝之间是如何绝缘的?……这些思考题淋漓尽致地给出了探索滑动变阻器结构的一条思路,教师按此思考题的顺序引导学生分析,然后各个击破。
3.自制“变阻器”,直观展示为了更直观地把变阻器的结构展示出来,教师自制一个滑动变阻器模型:用铝芯绝缘线一匝一匝地绕在一绝缘筒上,然后用电烙铁将绕线的两旁各烫一直线,让其两旁露出金属部分,但每一匝之间又是彼此绝缘的。
再用一金属片做成滑片,以金属杆限制滑片,使之与绕线紧密接触,并能在其上左右滑动。
这样,变阻器模型就做成了。
利用此模型能很好地回答以上部分思考题。
课后教师让一学生将长约8m的铝芯展开,再一次让学生认识变阻器的结构。
4.运用多媒体,形象模拟“变阻器”的教学难点还在于电流从哪里流进变阻器,从变阻器的哪个部分流出来,学生不能直接从导线中观察到。
教师可利用动画制作软件,把接入电路中电阻线的长度随着滑片滑动而发生变化的全过程做成动画,并且将有电流通过的那部分电阻线用彩色显示。
滑动变阻器教学案例[教材分析]滑动变阻器具有多种用途和接线方法,高考物理实验试题中,多次重复考查滑动变阻器的两种接法——限流式与分压式,是高考实验类的重点和难点。
本节课是习题课教学,着重阐述这两种接法的特点和选择方法,结合高考题中出现的试题讲解,在题目中利用了现代教学工具——物理仿真实验室进行教学。
[学生分析]学生学习了伏安法测电阻,对电压表、电流表的内外接法的选择有了了解,但对其中所涉及到的滑动变阻器接法的知识没能很好的掌握,在一些题目中一般不加分析就选用分压式,而事实上选择何种方式接入电路有较高的技巧,学生应掌握这方面的知识,所以用一节课时对滑动变阻器接法进行讲解。
[教学目标](一)知识教学点1、知道什么情况下选用分压式接法,什么情况下选用限流式接法。
2、能根据限流式与分压式的特点解决实际问题。
(二)能力训练点培养学生分析和解决问题的能力,会用滑动变阻器进行电路连接,选择正确的接法解决实际问题。
[重点、难点及突破方法]重点难点是分压式及在具体题目中讲解变阻器的接法的选取,突破方法在具体题目中利用了现代教学工具——物理仿真实验室进行教学,这样就避免了物理实验实际操作时间长、复杂、可观察性差的缺点,方便快捷,更好的完成教学目标。
[教学设计思想](一)本节课重点是讲解变阻器的接法的选取,应在学生了解了变阻器的构造及四个接线柱的接法,改变滑片的位置怎样引起的电阻变化的基础上进行讲解(二)滑动变阻器有三种基本用途:1、保护电路:选定滑片位置,使加在负载、电压表、电流表、等电学元件上的电压以及流过它们和电源的电流在额定值之内;2、调节控制:改变滑片位置,使加在工作元件及工作电路上的电压和流过她们的电流在额定值内变化;3、变阻负载:作为能改变接入电路电阻的负载电阻往往兼具保、调节作用。
滑动变阻器在电路中主要起保护电路和调节控制作用,在教学中让学生了解变阻器的基本用途,这对学习接法的选取原则很重要。
(三)限流式与分压式的选择,应遵循安全性、精确性、节能性、方便性原则综合考虑,灵活择取. 安全性、精确性是考察的重点,利用物理仿真实验室进行教学,帮助学生理解。
难点12 滑动变阻器应用分析(高考物理攻克难点的锦囊
妙计)
滑动变阻器是电学实验中常用的仪器,近几年高考电学设计性实验命题对其应用多次直接或渗透考查.如何选择滑动变阻器的接法设计控制电路仍是历届考生应考的难点.
●难点展台
1.(★★★★)如图12-1所示,滑动变阻器电阻最大值为R,负载电阻R1=R,电源电动势为E,内阻不计.
(1)当K断开,滑动头c移动时,R1两端的电压范围是多少?
(2)当K接通,滑动头c移动时,R1两端的电压范围是多少?
(3)设R的长度ab=L,R上单位长度的电阻各处相同,a、c间长度为x,当K接通后,加在R1上的电压U1与x的关系如何?
2.(★★★★★)用伏安法测金属电阻R x(约为5 Ω)的值,已知电流表内阻为1 Ω,量程为0.6 A,电压表内阻为几kΩ,量程为3 V,电源电动势为9 V,滑动变阻器的阻值为0~6Ω,额定电流为5 A,试画出测量R x的原理图.
●案例探究
[例1](★★★★★)用伏安法测量某一电阻R x阻值,现有实验器材如下:待测电阻R x(阻值约5 Ω,额定功率为1 W);电流表A1(量程0~0.6 A,内阻0.2 Ω);电流表A2(量程0~3 A,内阻0.05 Ω);电压表V1(量程0~3 V,内阻3 kΩ);电压表V2(量程0~15 V,内阻15 kΩ);滑动变阻器R0(0~50 Ω),蓄电池(电动势为6 V)、开关、导线.
为了较准确测量R x阻值,电压表、电流表应选________,并画出实验电路图.
命题意图:考查正确选择实验仪器及据实验原理设计合理电路的实验能力.B级要求.
错解分析:没能据安全性、准确性原则选择A1和V1,忽视了节能、方便的原则,采用了变阻器的分压接法.
解题方法与技巧:由待测电阻R x额定功率和阻值的大约值,可以计算待测电阻R x的额定电压、额定电流的值约为
U =51⨯≈PR ≈2.2 V,I =5/1/≈R P =0.45 A.
则电流表应选A 1,电压表应选V 1. 又因30002.0⨯=⨯V A R R =24.5 Ω>R x ,则电流表必须外接.
因为滑动变阻器的全阻值大于被测电阻R x ,故首先考虑滑动变阻器的限流接法,若用限流接法,则被测电阻R x 上的最小电流为I min =
5056+=+R E E x =0.11 A <I 额,故可用限流电路.电路如图12-2所示.
●锦囊妙计一、滑动变阻器的限流接法与分压接法的特点
图12-3所示的两种电路中,滑动变阻器(最大阻值为R 0)对负载R L 的电压、电流强度都起控制调节作用,通常把图12-3(a )电路称为限流接法,图12-3(b )电路称为分压接法.
其中,在限流电路中,通R L 的电流I L =0
R R E L +,当R 0>R L 时I L 主要取决于R 0的变化,当R 0<R L 时,I L 主要取决于R L ,特别是当R 0<<R L 时,无论怎样改变R 0的大小,也不会使I L 有较大变化.在分压电路中,不论R 0的大小如何,调节滑动触头P 的位置,都可以使I L 有明显的变化.
二、滑动变阻器的限流接法与分压接法的选择方法
滑动变阻器以何种接法接入电路,应遵循安全性、精确性、节能性、方便性原则综合考虑,灵活择取.
1.下列三种情况必须选用分压式接法
(1)要求回路中某部分电路电流或电压实现从零开始可连续调节时(如:测定导体的伏安特性、校对改装后的电表等电路),即大范围内测量时,必须采用分压接法.
(2)当用电器的电阻R L 远大于滑动变阻器的最大值R 0,且实验要求的电压变化范围较大(或要求测量多组数据)时,必须采用分压接法.因为按图12-3(b )连接时,因R L >>R 0>R ap ,所以R L 与R ap 的并联值R 并≈R ap ,而整个电路的总阻约为R 0,那么R L 两端电压U L = IR 并=0
R U ·R ap ,显然U L ∝R ap ,且R ap 越小,这种线性关系越好,电表的变化越平稳均匀,越便于观察和操作.
(3)若采用限流接法,电路中实际电压(或电流)的最小值仍超过R L 的额定值时,只能采用分压接法.
2.下列情况可选用限流式接法
(1)测量时电路电流或电压没有要求从零开始连续调节,只是小范围内测量,且R L 与R 0接近或R L 略小于R 0,采用限流式接法.
(2)电源的放电电流或滑动变阻器的额定电流太小,不能满足分压式接法的要求时,采用限流式接法.
(3)没有很高的要求,仅从安全性和精确性角度分析两者均可采用时,可考虑安装简便和节能因素采用限流式接法.
●歼灭难点训练
1.(★★★★)(2002年上海)在如图所示12-4所示电路中,当变阻器R 3的滑动头P 向b 端移动时
A.电压表示数变大,电流表示数变小
B.电压表示数变小,电流表示数变大
C.电压表示数变大,电流表示数变大
D.电压表示数变小,电流表示数变小
2.(★★★★)如图12-5所示,当变阻器R 2的触头P 向右滑动时,有
A.电容器C 内电场强度增大
B.电压表示数增大
C.R 1上消耗的功率增大
D.电源输出的功率一定增大
3.(★★★★)如图12-6所示电路中,电源电动势为E ,内电阻为r ,R 1和R 2为定值电阻,
R 3为可变电阻,当R 3的滑动头P 由a 向b 端滑动过程中,电压表V 1、V 2和电流表A 1、A 2的读数如何变化?
4.(★★★★)将量程为100μA 的电流表改装成量程为1 mA 的电流表,并用一标准电流表与改装后的电流表串联,对它进行校准.校准时要求通过电流表的电流能从零连续调到1 mA ,试按实验要求画出电路图.
5.(★★★★★)如图12-7所示,电源电动势E =12 V,内阻r = 0.5 Ω,R 1=2 Ω,R 2=3 Ω,滑动变阻器的总电阻R 0=5 Ω,试分析:在滑动片K 从a 端移至b 端的过程中,电流表A 的示数如何变化?
6.(★★★★★)用伏安法测量一个定值电阻的器材规格如下:待测电阻R x
(约100 Ω);直流电流表(量程0~10 mA 、内阻50 Ω);直流电压表(量程0~3 V 、内阻5 k Ω);直流电源(输出电压4 V 、内阻不计);滑动变阻器(0~15 Ω、允许最大电流1 A );开关1个,导线若干.根据器材的规格和实验要求画出实验电路图.
参考答案
[难点展台]
1.(1)
2
E ≤U 1≤E (2)0≤U 1≤E (3)U 1=I R 并,R 并=R L R x R L R x +⋅,I =L R x L R E )(-+并 得:U 1=Lx x L ELx +-22 2.如图12′—
1
图12′—1
[歼灭难点训练]
1.B
2.A 、B
3.V 1示数减小 V 2示数增加 A 1示数增大 A 2示数减小
4.如图12′—2
图12′—2
5.电流表示数由大变小,然后由小变大.
6.用伏安法测量电阻有两种连接方式,即电流表的内接法和外接法,由于R x <v A R R ,故电流表应采用外接法.在控制电路中,若采用变阻器的限流接法,当滑动变阻器阻值调至最大,通过负载的电流最小,I min =x
A R R R E ++=24 mA >10 mA,此时电流仍超过电流表的量程,故滑动变阻器必须采用分压接法.如图12′—3所示.
图12′—3。