用“等勢線描繪實驗器”制作電位器

施朝群 朱向陽

(江西省信豐中學(xué),江西信豐 341600)

高二《物理》學(xué)生分組實驗——把電流表改裝為電壓表,實驗首先要采用“半偏法”測出電流表的內(nèi)阻,然后再把電流表改裝為電壓表.在該實驗的教學(xué)中,發(fā)現(xiàn)學(xué)生用市售電位器做“半偏法”測電流表的內(nèi)阻時,有些電位器由于頻繁旋動旋鈕,使電位器里的電阻膜損傷,導(dǎo)致電流表指針難于穩(wěn)定在滿偏刻度線上.損傷后的電位器無法修復(fù),只有更換新的電位器,才能完成實驗,如無備用電位器,將影響實驗的繼續(xù)進行.為解決這一問題,筆者用“等勢線描繪實驗器”制作成簡易的自制電位器.自制電位器用于該實驗不但能替代市售電位器,而且其實驗使用效果明顯優(yōu)于市售電位器.現(xiàn)把自制電位器的制作方法介紹如下,供大家參考.

1 制作材料

J2135型等勢線描繪實驗器,長 10 cm、寬1.2 cm的銅片(或鋁片),牛皮紙,2B鉛筆.

2 制作方法

用等勢線描繪實驗器的底板作電位器的基座,用1張牛皮紙(牛皮紙面積與底板面積等大或略小)作電阻膜紙基,在紙面中央相距7 cm的位置處分別鉆個螺絲孔,把紙基放在基座上,紙基的2個螺絲孔分別套在基座的螺絲上.用2B鉛筆在紙基左邊的螺絲孔周圍涂上石墨(大小如同圓柱形銅電極的橫切面積),并沿2孔連線方向涂上3 cm長的石墨(寬度5 mm左右)作電路的保護電阻.把圓柱形銅電極套在螺絲上,并用螺母擰緊,使銅電極與石墨電阻膜接觸良好,如圖1所示.

圖1

把銅片的一端用砂輪或銼刀打磨成錐形,錐尖再用細(xì)砂布打磨光滑(使用時不會劃破牛皮紙),然后用尖嘴鉗把錐尖向下彎折45°,使其成為電位器的可動觸點,銅片的另端向上折起1 cm作旋轉(zhuǎn)手把,再用電鉆在銅片上距離錐尖5 cm處開個螺絲孔,使其制作成金屬轉(zhuǎn)動片,安裝時應(yīng)按照塑料墊片(用塑料薄片剪制而成)、金屬墊片、金屬轉(zhuǎn)動片、銅電極和螺母的順序,把金屬轉(zhuǎn)動片安裝在螺絲上,如圖1所示.

轉(zhuǎn)動金屬轉(zhuǎn)動片,使其錐尖在紙基上“電路的保護電阻”膜處開始順時針旋轉(zhuǎn)60°,并在紙基上劃出錐尖移動軌跡,再用2B鉛筆在軌跡上涂上石墨作電阻膜,電阻膜的面積先可小些,在實驗時,如果轉(zhuǎn)動金屬轉(zhuǎn)動片電阻變化太大,可再用鉛筆把石墨面積加寬,使石墨電阻膜的最大阻值略大于50 kΩ,如圖1所示.

制成后的“電位器”實際上就是1個高阻值的滑動變阻器.在使用時,通過轉(zhuǎn)動金屬轉(zhuǎn)動片使石墨電阻膜聯(lián)入電路的長度發(fā)生改變,從而使其聯(lián)入電路的電阻發(fā)生改變.

3 實驗方法

(1)圖2是“半偏法”測電流表內(nèi)阻 rg的電路原理圖.按圖2所示的電路原理圖連接實物電路,其中R為自制電位器(自制電位器聯(lián)入電路時,用帶鱷魚夾的導(dǎo)線直接夾在銅螺母上),R′為電阻箱,電源電壓為直流 12 V.電路連接時各開關(guān)均斷開.

圖2

(2)轉(zhuǎn)動金屬轉(zhuǎn)動片使R的可動觸點處在石墨電阻層最大電阻的位置處,然后閉合開關(guān)S1,調(diào)整 R的阻值,使電流表指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度.再閉合開關(guān)S2,調(diào)整R′的阻值,使電流表指針偏轉(zhuǎn)到正好是滿刻度的一半.因R(約50 kΩ)比 R′(約 500 Ω)大得多(100倍以上),可以認(rèn)為 rg=R′.

4 自制電位器的優(yōu)點

(1)“自制電位器”多次使用后,也可能會出現(xiàn)觸點電阻不穩(wěn)定使電流表的指針難于穩(wěn)定在滿偏刻度線上的現(xiàn)象,但只需用鉛筆在電阻膜上重新填涂石墨,問題便得以解決,與市售電位器無法修復(fù)相比,是“自制電位器”的最大優(yōu)點.

(2)“自制電位器”設(shè)計有1段“電路保護電阻”,可防止學(xué)生因不明確電位器極值位置時,造成電路短路而燒壞電流表的現(xiàn)象發(fā)生.

(3)由于“自制電位器”的開放性結(jié)構(gòu),其電阻膜和滑動片等核心部件的完全暴露,消除了學(xué)生對市售電位器的神秘感,有利于培養(yǎng)學(xué)生動手、動腦的實驗?zāi)芰?