運(yùn)用電位器研究電阻大小對(duì)限流電路的影響

陶學(xué)明

(浙江省湖州中學(xué)　浙江 湖州　313000)

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運(yùn)用電位器研究電阻大小對(duì)限流電路的影響

陶學(xué)明

(浙江省湖州中學(xué)浙江 湖州313000)

使用指針多圈電位器替代滑動(dòng)變阻器接入限流電路，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、圖像分析，說(shuō)明負(fù)載電阻越大，路端電壓變化越均勻．同時(shí)利用傳統(tǒng)滑動(dòng)變阻器實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作對(duì)比，得出相似的結(jié)論．

指針多圈電位器 限流電路滑動(dòng)變阻器

1　前言

在高中物理課本上研究限流電路和分壓電路時(shí)，往往運(yùn)用滑動(dòng)變阻器或者電阻箱來(lái)連接電路，通過(guò)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器或改變電阻箱的阻值來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出的電流或者電壓發(fā)生改變．但是在電工學(xué)里面還有一樣儀器也可以實(shí)現(xiàn)類似的功能，而且在高中物理實(shí)驗(yàn)室里也有，那便是電位器．

2　電位器簡(jiǎn)單介紹

電位器 (Potentiometer)是可變電阻器的一種．通常是由電阻體與轉(zhuǎn)動(dòng)或滑動(dòng)系統(tǒng)組成，即靠一個(gè)動(dòng)觸點(diǎn)在電阻體上移動(dòng)，獲得部分電壓輸出．電位器的作用——調(diào)節(jié)電壓(含直流電壓與信號(hào)電壓)和電流的大?。?/p>

筆者用的是WXD2-53型指針多圈電位器，外形如圖1所示．

圖1　電位器的外形

圖2　電位器的讀數(shù)盤(pán)

3　用WXD2-53型指針多圈電位器研究限流電路實(shí)驗(yàn)

3.1實(shí)驗(yàn)原理

圖3

定義：負(fù)載電阻RL與電位器全電阻R之比

3.2實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

現(xiàn)研究不同β下S與k的關(guān)系曲線.

3.3實(shí)驗(yàn)過(guò)程和數(shù)據(jù)處理

(1)根據(jù)圖3連接電路，用DIS實(shí)驗(yàn)裝置中的電壓傳感器連接電阻箱兩端，將電阻箱調(diào)到100 Ω(β=0.1)，調(diào)節(jié)電位器電阻比k=1.00，閉合開(kāi)關(guān)S．在DIS的“教材通用軟件”界面下進(jìn)入數(shù)據(jù)表格，選擇手動(dòng)記錄，記錄下電壓傳感器的讀數(shù)．依次改變k=0.95，k=0.90，k=0.85，k=0.80，k=0.75，k=0.70，k=0.65，k=0.60，k=0.55，k=0.50，k=

0.45，k=0.40，k=0.35，k=0.30，k=0.25，k=

0.20，k=0.15，k=0.10，k=0.05，k=0，記錄對(duì)應(yīng)的電壓傳感器讀數(shù)．

(2)將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入到Excel表格里(表1)．

(3)分別改變電阻箱阻值為500 Ω(β=0.5)、

1 000 Ω(β=1)、2 000 Ω(β=2)，重復(fù)上述步驟(1)和(2)．

表1限流電路實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

kβ=0.1β=0.5β=1β=2U1/VSU1/VSU1/VSU1/VS1.000.1370.0940.5000.3280.7560.4911.0160.6580.950.1430.0980.5170.3390.7740.5031.0330.6690.900.1500.1030.5360.3510.7950.5161.0510.6810.850.1580.1080.5560.3650.8180.5311.0700.6930.800.1670.1140.5780.3790.8410.5461.0890.7050.750.1770.1210.6010.3940.8660.5621.1110.7200.700.1870.1280.6260.4100.8930.5801.1310.7330.650.2010.1370.6540.4290.9210.5981.1530.7470.600.2140.1460.6840.4490.9500.6171.1760.7620.550.2300.1570.7170.4700.9810.6371.1990.7770.500.2490.1700.7540.4941.0140.6581.2250.7930.450.2720.1860.7930.5201.0500.6821.2510.8100.400.2980.2040.8380.5501.0870.7061.2770.8270.350.3320.2270.8890.5831.1290.7331.3060.8460.300.3730.2550.9460.6201.1750.7631.3360.8650.250.4280.2931.0100.6621.2240.7951.3670.8850.200.4980.3401.0820.7101.2760.8291.3990.9060.150.5980.4091.1720.7691.3350.8671.4340.9290.100.7490.5121.2720.8341.3980.9081.4690.9510.051.0040.6861.3910.9121.4690.9541.5080.9770.001.4631.0001.5251.0001.5401.0001.5441.000

(4)在Excel表格中，整理步驟(1)～(3)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用公式計(jì)算不同β下的S值，在Excel表格中插入“帶平滑曲線和數(shù)據(jù)標(biāo)記的散點(diǎn)圖”(如圖4)．

3.4數(shù)據(jù)結(jié)論

從圖4中，我們可以看到：

圖4　限流電路S-k關(guān)系圖像

1)在限流電路中，S隨k的增大而減?。?/p>

2)限流電路電流調(diào)不到零．

3)β越小，調(diào)節(jié)范圍越大，但調(diào)節(jié)非線性越大(可操作性差)．β越大，調(diào)節(jié)范圍越小，但調(diào)節(jié)越接近線性(可操作性好)．故在滿足調(diào)節(jié)范圍的前提下，β宜選大些好．

4　傳統(tǒng)高中物理課堂實(shí)驗(yàn)的推導(dǎo)和討論

在高中物理課本中并未出現(xiàn)此類實(shí)驗(yàn)，大多限流電路都是采用傳統(tǒng)的滑動(dòng)變阻器[2]．

圖5

如圖5所示為限流電路，電流表、電源作理想處理(或它們內(nèi)阻可等效在Rx中)，滑片P在某位置時(shí)，電路中的電流表達(dá)式為

對(duì)上面的式子進(jìn)行討論[1]：

(1)當(dāng)k很大時(shí)，盡管在圖6中Ix-x圖像線性較好，但是電路中電流變化很小，滑動(dòng)變阻器對(duì)電流起不到很好的控制作用．所以，在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中不采用這樣的變阻器．

(2)當(dāng)k很小時(shí)，圖6所示的Ix-x圖像線性較差，特別是當(dāng)x趨向于零時(shí)，電流變化很大，且電流變化范圍寬，因此，在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中為了使得電流變化范圍更加寬，又可使電路中的電流變化較均勻，就要做到：在限流電路中R0并不是越大越好，而應(yīng)使其最大值在Rx的2～5倍之間最好．

圖6

5　設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)與高中教材上的對(duì)比與借鑒

這兩種實(shí)驗(yàn)都是采用限流電路進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄的，但是都能得到類似的圖像和結(jié)論，即在限流電路中，滑動(dòng)變阻器或者電位器選擇阻值略大點(diǎn)的時(shí)候，電流I隨著滑動(dòng)變阻器或者電位器變化線性程度越好，更好地滿足我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中對(duì)I或U數(shù)據(jù)分布均勻的需要．

1陶學(xué)明.滑動(dòng)變阻器在分壓和限流電路中的選擇方法.中學(xué)生數(shù)理化(高二版),2012(9):18～19

2新概念高中物理讀本(第二冊(cè)).北京：人民教育出版社，2007

Effect of Resistance on Current Limiting Circuit by Using Potentiometer

Tao Xueming

(Huzhou high school, Zhejiang Province,Huzhou,Zhejiang313000)

Using a pointer multi turn potentiometer alternative sliding rheostat access current-limiting circuit. Through the analysis of experimental data, image, illustrate the load resistance is large, terminal voltage variation is more uniform. Comparison of the experimental data using traditional sliding rheostat to make, come to similar conclusions.

pointer multi turn potentiometer；current-limiting circuit；sliding rheastat

2016-03-15)