用數(shù)字實(shí)驗(yàn)直觀顯示接法對比

王仁泉

(南通市天星湖中學(xué) 江蘇 南通 226010)

在電學(xué)實(shí)驗(yàn)的有關(guān)直流電路問題中，經(jīng)常會(huì)要求學(xué)生畫出實(shí)驗(yàn)電路圖．其中，滑動(dòng)變阻器是很常見的電學(xué)元件，滑動(dòng)變阻器接入電路通常有兩種接法：限流接法和分壓接法．選擇怎樣的電路就是一個(gè)必須首先解決的問題，對滑動(dòng)變阻器的選擇也是一個(gè)讓學(xué)生容易出錯(cuò)的地方．筆者從理論和DIS實(shí)驗(yàn)兩個(gè)角度進(jìn)行對比，以期讓學(xué)生有一個(gè)更加全面的認(rèn)識(shí)，從而能夠更好地解決相關(guān)的問題．

1 兩種接法的比較

表1 接法對比

由表1可以看出，滑動(dòng)變阻器的分壓式接法中，電壓和電流的調(diào)節(jié)范圍大，而限流式由于電路簡單且只有部分電阻接入電路，故接法較節(jié)能．

在實(shí)際問題中，我們應(yīng)該如何來進(jìn)行電路及滑動(dòng)變阻器的選擇？筆者用不同阻值的滑動(dòng)變阻器對兩種接法進(jìn)行了傳感器的對比實(shí)驗(yàn)，通過計(jì)算機(jī)直觀顯示了待測電阻上的電壓隨阻值變化的情況，在此基礎(chǔ)上再加以歸納、總結(jié)，取得較好的效果．

2 DIS對比實(shí)驗(yàn)

設(shè)被測電阻R的阻值大約為20 Ω，選4種滑動(dòng)變阻器，總阻值R0分別為5 Ω，20 Ω，50 Ω，200 Ω，利用表1中的電路圖，分別對兩種接法進(jìn)行計(jì)算機(jī)對比實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示．其中圖3(a)為限流接法，圖3(b)為分壓接法，兩圖中的a,b,c,d圖線分別由5 Ω，20 Ω，50 Ω，200 Ω的滑動(dòng)變阻器實(shí)驗(yàn)所得．另外，為了方便對所得圖線的控制，限流接法中的阻值調(diào)節(jié)與實(shí)際實(shí)驗(yàn)相反，是由小到大地變化．

圖3 兩種接法計(jì)算機(jī)對比實(shí)驗(yàn)

由圖3(a)可以看出，在滑動(dòng)變阻器的限流接法中，要充分發(fā)揮滑動(dòng)變阻器的調(diào)節(jié)功能，即滑片從左向右移動(dòng)過程中，要使被測電阻的電壓發(fā)生明顯的變化，而且是近乎直線的均勻變化，選擇阻值與被測電阻阻值相當(dāng)?shù)幕瑒?dòng)變阻器效果最好，如圖3(a)中的圖線b．如果滑動(dòng)變阻器的阻值太小了，則被測電阻上的電壓變化范圍比較小，如圖線a；如果太大了，僅僅是在滑到與被測電阻阻值相當(dāng)過程是明顯的、均勻的變化，之后的變化就不太明顯了，尤其如圖線d，這也進(jìn)一步說明了在選擇滑動(dòng)變阻器時(shí)，并不是阻值越大越好，而是在可行的情況下選擇阻值與被測電阻相當(dāng)?shù)幕瑒?dòng)變阻器，這也很好地解釋了學(xué)生“反正是限流接法，為什么不去選擇阻值最大的那個(gè)滑動(dòng)變阻器？”的困惑．

由圖3(b)可以看出，滑動(dòng)變阻器的阻值越小，所得到的圖線越趨于直線，如圖線a．即在滑動(dòng)變阻器的分壓接法中，要充分發(fā)揮滑動(dòng)變阻器的調(diào)節(jié)功能，也就是說，滑片從左向右移動(dòng)過程中，要使被測電阻的電壓能夠盡可能地均勻變化，選擇阻值比被測電阻的阻值小得多的滑動(dòng)變阻器效果最好．

有了上面的定性分析和數(shù)字實(shí)驗(yàn)對比，就可以順其自然地總結(jié)、歸納接法以及選擇合適的滑動(dòng)變阻器．

3 電路結(jié)構(gòu)及滑動(dòng)變阻器的選擇

(1)必須使用分壓式接法的幾種情況

1)若采用限流式接法不能控制電流滿足實(shí)驗(yàn)要求，即若滑動(dòng)變阻器阻值調(diào)到最大時(shí)，待測電阻上的電流(或電壓)仍超過電流表(或電壓表)的量程，或超過待測電阻的額定電流(或電壓)，則必須選用分壓式接法．

2)若待測電阻的阻值比滑動(dòng)變阻器總電阻大得多，以致在限流電路中，滑動(dòng)變阻器的滑片從一端滑到另一端時(shí)，待測電阻上的電流或電壓變化不明顯，此時(shí)，應(yīng)改用分壓電路．

3)若實(shí)驗(yàn)中要求電壓從零開始調(diào)節(jié)，則必須采用分壓式接法．

在兩種電路均可使用的情況下，應(yīng)優(yōu)先采用限流式接法，因?yàn)橄蘖魇浇臃娐泛唵?、耗能低?/p>

(2)兩種接法選擇滑動(dòng)變阻器的原則

如果R很小，限流式接法中滑動(dòng)變阻器分得電壓較大，調(diào)節(jié)范圍也比較大．R很大時(shí)，分壓式接法中R幾乎不影響電壓的分配，滑片移動(dòng)時(shí)，電壓變化接近線性關(guān)系，便于調(diào)節(jié)．

1)限流式接法適合測量阻值小的電阻，選擇滑動(dòng)變阻器的原則是與待測電阻差不多或略大．

2)分壓式接法適合測量阻值較大的電阻，所選擇的滑動(dòng)變阻器阻值要盡可能小，但是要注意額定電流不能太小，因?yàn)榛瑒?dòng)變阻器上有一部分電阻上的電流為待測電阻上的電流與被分壓電阻上的電流之和．