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文檔簡介
17.1電流與電壓和電阻的關(guān)系(教學(xué)設(shè)計)年級九年級授課時間課題17.1電流與電壓和電阻的關(guān)系教學(xué)目標(biāo)1.通過實驗探究電流跟電壓、電阻的關(guān)系,讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究的全過程。2.進(jìn)一步熟悉探究實驗中常用的一種方法—控制變量法。3.會觀察、收集、分析實驗中的數(shù)據(jù)并嘗試采用圖象法分析實驗數(shù)據(jù)。4.能說出電流與電壓、電阻間的正比、反比關(guān)系。教材分析本節(jié)內(nèi)容由“探究電流跟電壓的關(guān)系”和“探究電流跟電阻的關(guān)系”兩部分內(nèi)容構(gòu)成。從知識上講,要用到電路、電流、電壓和電阻的概念;從技能上講,要用到電流表、電壓表和滑動變阻器等。本節(jié)課“探究電流跟電壓、電阻的關(guān)系”是一個完整的科學(xué)探究過程,讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)的探究,學(xué)習(xí)科學(xué)猜想、設(shè)計實驗、設(shè)計實驗表格、分析論證、感悟科學(xué)方法。因此,這節(jié)課無論在知識學(xué)習(xí)上還是在培養(yǎng)學(xué)生運用知識解決實際問題的能力上都具有十分重要的作用。所以教學(xué)中,在注重學(xué)生的理論聯(lián)系實際能力的同時,更要關(guān)注學(xué)生的科學(xué)探究能力的提高。從而更進(jìn)一步體驗科學(xué)探究過程,學(xué)生運用控制變量的方法來設(shè)計和完成實驗既是重點也是難點。在利用圖象進(jìn)行線性數(shù)據(jù)分析方面也是一個難點,所以實驗的評估和交流環(huán)節(jié)也很重要。教學(xué)器材三節(jié)干電池、教學(xué)用電流表、教學(xué)用電壓表、導(dǎo)線、滑動變阻器一個、定值電阻(R1=5Ω、R2=10Ω、R3=15Ω)、導(dǎo)線若干、開關(guān)、圖像坐標(biāo)紙等。多媒體ppt,包含視頻:《探究電流與電壓的關(guān)系》、《探究電流與電阻的關(guān)系》。教學(xué)過程教師活動學(xué)生活動導(dǎo)入新課【演示并提問】①用一節(jié)干電池與兩節(jié)干電池先后給同一小燈泡供電,觀察小燈泡的亮度有什么不同,哪一次小燈亮?對此,你有什么猜想?【歸納】用兩節(jié)干電池給同一小燈泡供電,小燈亮。猜想:電壓越大,電流越大。②在圖所示的電路中,當(dāng)滑動變阻器的滑片向右移動,連入電路的阻值變大時,觀察燈泡的亮暗情況。對此,你有什么猜想?【歸納】當(dāng)滑動變阻器連入電路的阻值變大時,燈泡變暗。猜想:電阻越大,電路中的電流越小?!咎釂枴侩娏髋c電壓和電阻之間有沒有定量的關(guān)系呢?這節(jié)課通過實驗探究—《17.1電流與電壓和電阻的關(guān)系》。學(xué)習(xí)新課一、探究電流與電壓的關(guān)系【提出問題】電阻一定時,電流與電壓存在怎樣的關(guān)系?【猜想與假設(shè)】因為電壓是形成電流的原因。若電阻一定,可能電壓越大,電流越大?!驹O(shè)計實驗】提問:實驗中,應(yīng)該控制哪些物理量不變,哪些量改變?畫出電路圖,寫出用到的實驗器材。【歸納】(1)運用控制變量法,控制電阻的阻值不變。并用電流表測出電路中的電流,用電壓表測出定值電阻兩端的電壓,通過調(diào)節(jié)滑動變阻器改變電阻兩端的電壓。(2)實驗電路圖如圖所示。(3)實驗器材:電源、定值電阻、滑動變阻器、電鍵、電流表、電壓表、導(dǎo)線等?!具M(jìn)行實驗】(1)按電路圖把一個10Ω的定值電阻連接電路。(2)閉合開關(guān)前,檢查電路中各元件的連接是否正確,將滑動變阻器的滑片調(diào)到阻值最大處。(3)調(diào)節(jié)滑動變阻器使電阻兩端的電壓分別為1V、2V、3V、4V、5V、6V,讀出此時相應(yīng)的電流值記入下表中。電阻電阻R10Ω電壓U/V1.02.03.04.05.06.0電流I/A【分析論證】(1)分析實驗數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)電流與電壓有關(guān),電流隨電壓的增大而增大,并且成正比。(2)在坐標(biāo)系中根據(jù)各電流值和對應(yīng)的電壓值描點,畫出I-U圖像。分析圖像可得出:通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端的電壓成正比。(3)實驗結(jié)論:在電阻一定時,通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端的電壓成正比?!驹u估與交流】(1)滑動變阻器的作用:保護(hù)電路、改變定值電阻兩端的電壓.(2)表格錯誤數(shù)據(jù)的分析:分析比較各組數(shù)據(jù)電壓與電流的比值是否相同,不同的一組數(shù)據(jù)為錯誤數(shù)據(jù)。(3)提示:①結(jié)論中的電流、電壓、電阻是針對同一導(dǎo)體而言的。②明確電流與電壓存在的因果關(guān)系,電壓是導(dǎo)體中產(chǎn)生電流的原因,而不是導(dǎo)體中有了電流才在導(dǎo)體兩端產(chǎn)生電壓,所以不能說電阻一定時,電壓與電流成正比。③在歸納結(jié)論時,不能漏掉前提條件“電阻一定”。【播放視頻】——《探究“電流與電壓的關(guān)系”》【例題1】在探究電阻一定時,電流與電壓關(guān)系的實驗中,某同學(xué)連接的電路如圖所示,電源電壓保持3V不變,閉合開關(guān),調(diào)節(jié)滑動變阻器,得到的實驗數(shù)據(jù)如下表;下列說法正確的是(
C
)實驗序號實驗序號12345電壓U/V0.60.91.21.51.8電流I/A0.150.220.300.380.45A.多次實驗的目的是為了減小誤差B.第4次實驗數(shù)據(jù)是錯誤的C.由該實驗可得出:在電阻一定時,通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端的電壓成正比D.由該實驗可得出:在電阻一定時,導(dǎo)體兩端的電壓與通過導(dǎo)體的電流成正比【詳解】A.探究電流與電壓關(guān)系時,多次實驗的目的是為了得到普遍規(guī)律,故A錯誤;B.由第4次的實驗數(shù)據(jù)可得,電壓與電流的比值U4/I4=1.5V/0.38A=3.94ΩU1/I1=0.6V/0.15A=4Ω實驗時存在誤差,導(dǎo)致第4次實驗數(shù)據(jù)偏小,但是正確,故B錯誤;CD.由該實驗可得出:電阻一定時,通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端的電壓成正比。因為電壓與電流無關(guān),所以不能講:電阻一定時,導(dǎo)體兩端的電壓與通過導(dǎo)體的電流成正比。所以選C。【例題2】已知通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端的電壓和導(dǎo)體的電阻有關(guān)。某同學(xué)探究“通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端電壓的關(guān)系”。(1)連接的部分電路如圖1,還應(yīng)該連接的部分電路如圖1,還應(yīng)該將定值電阻并聯(lián)在__________(“電流表兩端”、“電壓表兩端”)。(2)記錄的實驗數(shù)據(jù)如下表:實驗次數(shù)123456電阻R/Ω5電壓U/V0.51.01.52.02.53.0電流I/A0.100.200.300.400.500.60在方格紙上畫出電流I與電壓U的關(guān)系圖像;______(3)分析圖2得出的探究結(jié)論是:_____?!敬鸢浮浚?)電壓表兩端;(2)見下圖;(3)導(dǎo)體電阻一定時,通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端的電壓成正比?!驹斀狻浚?)探究“通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端電壓的關(guān)系”,需要保持電阻不變,改變電阻兩端的電壓,因此應(yīng)選用定值電阻與電壓表并聯(lián)。(2)根據(jù)表格中數(shù)據(jù)描點連線,如下圖所示。(3)因為繪制出的I﹣U圖像為過原點的直線,所以可得結(jié)論:導(dǎo)體電阻一定時,通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端的電壓成正比。進(jìn)行實驗,收集證據(jù)。評估與交流,提高學(xué)生的科學(xué)探究能力。觀看視頻,進(jìn)一步理解該實驗探究的過程。做例題2,分析解決與探究“導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端電壓的關(guān)系”的有關(guān)問題。學(xué)習(xí)新課【實驗器材】電源、不同阻值的定值電阻多個、滑動變阻器、開關(guān)、電流表、電壓表、導(dǎo)線等。【進(jìn)行實驗】(1)按電路圖連接電路。(2)閉合開關(guān)前,檢查電路中各元件的連接是否正確,將滑動變阻器的滑片調(diào)到阻值最大處。電壓電壓U/V2電阻R/Ω5101525電流I/A0.150.220.300.38“電壓一(2)更換阻值大的定值電阻后,電壓表示數(shù)不能調(diào)節(jié)到所需要的值的原因是電源電壓過大或滑動變阻器的最大阻值過小;更換阻值較小的定值電阻后,電流變大,若實驗無法進(jìn)行,原因是電流表所選的量程過小。(3)如果用干電池做實驗,可以通過改變串聯(lián)干電池的節(jié)數(shù)來改變定值電阻兩端的電壓(圖甲);如果用學(xué)生電源做實驗,可以通過轉(zhuǎn)動旋鈕來改變定值電阻兩端的電壓(圖乙);如果用滑動變阻器,可以將滑動變阻器串聯(lián)在電路中起分壓作用,改變定值電阻兩端的電壓。(4)注意:對實驗結(jié)論兩種錯誤的語言描述:①“導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體的電阻成反比”——漏掉了結(jié)論的前提條件(在電壓一定時)。②“電壓一定時,導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體中的電流成反比”——弄錯了結(jié)論的因果關(guān)系(因為電阻是導(dǎo)體本身的性質(zhì),跟電壓和電流都沒關(guān)系)?!静シ乓曨l】——《探究“電流與電阻的關(guān)系”》【例題3】小明在探究通過導(dǎo)體的電流跟電阻的關(guān)系實驗中,如圖甲所示,【答案】C.【解析】①實驗中應(yīng)控制導(dǎo)體兩端的電壓不變,換用不同的導(dǎo)體,所以①正確。②由圖像知,導(dǎo)體兩端的電壓UR=IR=0.1A×20Ω=2V;②錯誤。③導(dǎo)體的電阻是導(dǎo)體的一種性質(zhì),與電壓、電流無關(guān),故③錯誤。④分析圖像可得:每次實驗中,電流與電阻的乘積相等,即在電壓一定時,導(dǎo)體中的電流與電阻成反比;④正確。所以選C.【例題4】小舟和小嘉兩位同學(xué)分別探究“電流和電阻的關(guān)系”。小舟探究過程如下:【實驗步驟】Ⅰ.根據(jù)設(shè)計的方案將阻值為5Ω的電阻接入電路,閉合開關(guān),調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片,觀察并記錄相關(guān)數(shù)據(jù);Ⅱ.換用阻值為10Ω、20Ω的電阻,重復(fù)上述過程。請你用筆畫線代替導(dǎo)線,將電壓表接入圖甲電路中;______?!镜贸鼋Y(jié)論】小舟對記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,并繪制成圖乙,據(jù)此得出的結(jié)論是__________;【交流反思】小嘉用和小舟同樣的器材進(jìn)行實驗卻無法得出正確結(jié)論,其記錄的數(shù)據(jù)如表所示,請你幫他分析原因:_________。【答案】電壓一定時,通過導(dǎo)體的電流與電阻成反比;沒有控制電阻兩端的電壓不變?!驹斀狻刻骄侩娏骱碗娮璧年P(guān)系,應(yīng)將電壓表并聯(lián)電阻的兩端,因為電源電壓是3V,所以電壓表選擇小量程,如下圖所示:由圖乙可知,電流與電阻的乘積U=IR=5Ω×0.4A=10Ω×0.2A=2V故可以得出結(jié)論是:電壓一定時,通過導(dǎo)體的電流與電阻成反比。由表中數(shù)據(jù)可知5Ω×0.3A≠10Ω×0.2A≠20Ω×0.12A而探究電流和電阻的關(guān)系時,采用控制變量法,應(yīng)控制電阻兩端的電壓不變,所以小嘉用和小舟同樣的器材進(jìn)行實驗卻無法得出正確結(jié)論的原因是沒有控制電阻兩端的電壓不變。進(jìn)行實驗,收集證據(jù)。評估與交流,進(jìn)一步提高學(xué)生的科學(xué)探究能力。知道改變電壓的一些方法,在實驗中可以靈活運用。觀看視頻,進(jìn)一步理解探究的過程。課堂練習(xí)課堂練習(xí)1.在“探究電流與電壓的關(guān)系”實驗中,用定值電阻進(jìn)行實驗,得出了電流與電壓的關(guān)系()AA BC D【答案】B.【解析】用定值電阻進(jìn)行實驗,電阻不變,所以電流隨電壓成正比,所以電流隨電壓變化關(guān)系圖像為過原點的直線。故選B。2.在“探究電流與電阻的關(guān)系”的實驗中如圖,下列說法正確的是()A.導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體的電阻成正比B.實驗中應(yīng)控制電阻兩端電壓不變C.記錄多組數(shù)據(jù)是為了求平均值,減小誤差D.實驗只需用到一個10Ω的電阻【答案】B?!窘馕觥緼.在電壓不變時,導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體的電阻成反比,故A錯誤;B.根據(jù)單一變量原則,探究電流與電阻的關(guān)系時應(yīng)控制電阻兩端電壓不變,故B正確;C.記錄多組數(shù)據(jù)是為了尋找普遍規(guī)律,故C錯誤;D.為了尋找普遍規(guī)律,實驗中需要更換不同阻值的電阻,故D錯誤。所以選B.3.小剛用圖所示電路探究“通過導(dǎo)體的電流跟電阻的關(guān)系”。實驗過程中,當(dāng)把電阻R由5Ω更換為10Ω后,為了探究上述問題,他應(yīng)采取的操作是()A.保持變阻器滑片不動 B.將變阻器滑片適當(dāng)向左移動C.將變阻器滑片適當(dāng)向右移動 D.適當(dāng)增加電池的節(jié)數(shù)【答案】B?!窘馕觥緼BC.探究“導(dǎo)體的電流跟電阻的關(guān)系”,需保持導(dǎo)體兩端的電壓不變。當(dāng)把電阻由5Ω更換為10Ω后,電阻變大,則電壓表的示數(shù)變大,此時應(yīng)該增大變阻器的電阻減小電阻R兩端的電壓,使電壓表的示數(shù)保持不變。則滑片需向左移動增大滑動變阻器接入電路中的電阻。故B符合題意,AC不符合題意;D.增加電池節(jié)數(shù)時,R和變阻器的兩端電壓都會變大,故D不符題意。所以選B.4.張華同學(xué)在探究通過導(dǎo)體的電流與其兩端電壓的關(guān)系時,將記錄的實驗數(shù)據(jù)通過整理作出了如圖所示的圖像,根據(jù)圖像,下列說法錯誤的是()A.通過導(dǎo)體a的電流與其兩端的電壓成正比B.導(dǎo)體a的電阻大于導(dǎo)體b的電阻C.當(dāng)在導(dǎo)體b的兩端加上1V的電壓時,通過導(dǎo)體b的電流為0.1AD.將a、b兩導(dǎo)體串聯(lián)后接到電壓為3V的電源上時,a導(dǎo)體兩端的電壓小于3V【答案】B.【解析】A.由圖像可知,通過a、b兩電阻的電流與各自兩端的電壓成正比例函數(shù),即通過導(dǎo)體ab的電流與兩端的電壓成正比,故A正確,不符合題意;B.分析圖像,在電壓相同時,通過a的電流大于b的電流,故導(dǎo)體a的電阻小于導(dǎo)體b的電阻,故B不正確,符合題意;C.當(dāng)導(dǎo)體b兩端的電壓2V時,通過的電流為0.2A;因為通過同一導(dǎo)體的電流與兩端的電壓成正比,所以當(dāng)在導(dǎo)體b的兩端加上1V的電壓時,通過導(dǎo)體b的電流為0.1A;故C正確,不符題意;D.將a、b兩導(dǎo)體串聯(lián)后接到電壓為3V的電源上時,a導(dǎo)體兩端的電壓小于電源電壓3V,故D正確,不符合題意。所以選B.5.小華用圖示電路探究“電流跟電阻的關(guān)系”,他按正確的操作方法進(jìn)行了多次實驗,記錄了多組數(shù)據(jù),如果電源電壓保持不變,對他的實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,下列物理量中發(fā)生改變的是()A.定值電阻兩端的電壓 B.滑動變阻器兩端的電壓C.電壓表與電流表示數(shù)之比 D.定值電阻與滑動變阻器兩端電壓之比【答案】C?!窘馕觥緼.探究“電流跟電阻的關(guān)系”,要控制定值電阻兩端的電壓不變,故A不符合題意;B.由串聯(lián)電路電壓的規(guī)律,定值電阻兩端的電壓不變,所以滑動變阻器兩端的電壓也不變,故B不符合題意;D.因為定值電阻兩端的電壓和滑動變阻器兩端的電壓均不變,因此定值電阻與滑動變阻器兩端電壓之比也不變,故D不符合題意;C.圖中電壓表測定值電阻的電壓,電流表測電路的電流,由歐姆定律,電壓表與電流表示數(shù)之比即定值電阻大小,因?qū)嶒炛幸獡Q用不同的定值電阻,所以這個比值發(fā)生變化,故C符合題意。故選C。6.在“探究通過導(dǎo)體的電流與電阻的關(guān)系”實驗中:(1)小明連接的電路如圖甲所示,請用筆畫線代替導(dǎo)線把電路連接完整______;(2)根據(jù)表格中記錄的三組數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)電阻越大則電流越小,要判斷電流與電阻是否成反比,在不畫坐標(biāo)圖像的前提下,應(yīng)該如何對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理:______。實驗序號實驗序號R/ΩI/A①50.40②100.20③200.10【答案】(1)見下圖;(2)見解析?!窘馕觥浚?)如圖甲,滑動變阻器電阻絲的右端已接入電路,再把金屬桿的左端或右端與開關(guān)的右側(cè)接線柱連接即可,如圖所示:(2)計算出每次實驗中電流和電阻的乘積,如果三次乘積相同,說明電流與電阻成反比。7.為了做“探究電流與電壓的關(guān)系”的實驗,小明使用電壓恒為3V的電源、開關(guān)、導(dǎo)線若干、定值電阻R1、電流表,電壓表和滑動變阻器連接了圖甲所示的電路:(1)閉合開關(guān)后,小明調(diào)節(jié)滑片使電壓表示數(shù)為0.5V,記錄電流表讀數(shù),再將滑片向著靠近_____端的方向移動,使電壓表示數(shù)為1.0V,繼續(xù)記錄電流表讀數(shù);(選填“A”或“B”)(2)完成實驗并整理器材后,小明將所得數(shù)據(jù)描點連線畫出如圖乙所示的R1的I﹣U圖像,并根據(jù)圖像得出結(jié)論:_______;(3)為了得到更具有普遍性的結(jié)論,小白利用小明的實驗器材,僅將R1更換為不同阻值的定值電阻R2,重新連接電路并進(jìn)行相同操作,畫出的I-U圖像卻如圖丙所示,小明幫助小白進(jìn)行分析,確認(rèn)是電路連接錯誤,該錯誤為:_____________;(4)小明還認(rèn)為,即使不重新進(jìn)行實驗,利用小白的現(xiàn)有數(shù)據(jù),也能畫出R2的I-U圖像。請你在圖乙中畫出R2的I-U圖,并通過圖像分析,R2_____R1(選填“>”、“<”或“=”)。【答案(1)A;(2)在電阻一定時,通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端的電壓成正比;(3)電壓表并聯(lián)在滑動變阻器的兩端了;(4)<?!驹斀狻浚?)閉合開關(guān)后,小明調(diào)節(jié)滑片使電壓表示數(shù)為0.5V,記錄電流表讀數(shù),要使電壓表的示數(shù)為1.0V,即增大定值電阻兩端的電壓,由串聯(lián)電路電壓的規(guī)律知滑動變阻器兩端的電壓需要減小,由串聯(lián)電路的分壓作用知滑動變阻器的電阻需減小,即將滑片向著靠近A端的方向移動,使電壓表示數(shù)為1.0V,繼續(xù)記錄電流表讀數(shù)。(2)由圖已知,同一電阻的I-U圖像是一條過原點的傾斜向上的圖像,在電阻一定時,通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端的電壓成正比。(3)由圖丙知隨著電流的增大,電壓表的示數(shù)減小,說明電壓表并聯(lián)在滑動變阻器的兩端了。(4)由圖丙知當(dāng)電壓表的示數(shù)為0.50V時,電路中的電流為0.50A,此時R2兩端的電壓為U1=3V-0.5V=2.5V;依次類推:電路中的電流為0.40A,R2兩端的電壓為U2=3V-1.0V=2.0V電路中的電流為0.30A,R2兩端的電壓為U3=3V-1.5V=1.5V電路中的電流為0.20A,R2兩端的電壓為U4=3V-2.0V=1.0V電路中的電流為0.10A,R2兩端的電壓為U4=3V-2.5V=0.5V根據(jù)定值電阻R2兩端的電壓與電流的數(shù)據(jù)畫出圖像,見圖:由圖像知,R2小于R1.8.小桃在做“探究電流與電阻的關(guān)系”實驗時,連接實物電路如圖,電源電壓為3V。(1)連接實物電路前,開關(guān)應(yīng)_________;電路接通前,滑動變阻器的滑片P應(yīng)置于滑動變阻器的______端(填“A”或“B”);電路中滑動變阻器起到了保護(hù)電路元件安全和_______的作用;(2)閉合開關(guān)后無論怎樣移動滑動受用器的滑片P,發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)幾乎為零,電壓表示數(shù)約為3V,小桃猜想這可能是由電路中的元件________(填元件的字母代號)發(fā)生________故障引起的;(3)故障排除后,小桃得到的實驗數(shù)據(jù)如表所示,這些數(shù)據(jù)中有一組是明顯錯誤的,跟其他數(shù)據(jù)的規(guī)律完全不同,可能是讀取這組數(shù)據(jù)時粗心所引起的。分析時需要把它清除。錯誤數(shù)據(jù)是第_______組;(填數(shù)據(jù)序號)(4)剔除錯誤數(shù)據(jù)后,小桃得到的結(jié)論是:電壓一定時,導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體的電阻成________比;(5)小桃和其他組的小田交流時發(fā)現(xiàn),兩細(xì)同學(xué)收集數(shù)據(jù)的方案不同:小桃的方案:收集電壓為3V時,電流與電阻的關(guān)系的幾組數(shù)據(jù),比較電流與電阻的關(guān)系了;小田的方案:收集電壓分別為1V、2V、3V的三個小組電流與電阻的關(guān)系的多組數(shù)據(jù),比較電流與電阻的關(guān)系;你認(rèn)為_____________的方案更合理?!敬鸢浮浚?)斷開,A,改變電路電流和電壓;(2)R2,斷路;(3)4;(4)反;(5)小田。【詳解】(1)為了保證電路安全,連接實物電路前,開關(guān)必須斷開。電路接通前,滑動變阻器的滑片P應(yīng)遠(yuǎn)離下接線柱,置于滑動變阻器的最大阻值處,即圖中的A端。滑動變阻器因為可
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