借助excel講透滑動變阻器規(guī)格的選取原則

馬煒

摘 要：滑動變阻器是伏安法測電阻搭建供電電路的核心元件，它通過改變自身電阻來改變待測電阻的電流或電壓，得到多組實驗數(shù)據(jù)，從而對減小實驗誤差有重要的作用.筆者借助excel快速處理數(shù)據(jù)和描點、作圖的特點，直觀得看出不同規(guī)格的滑動變阻器改變電壓的效果，迅速幫助學(xué)生理解選擇合適滑動變阻器的原則，從而提高課堂效率.

關(guān)鍵詞：分壓;限流;線性

伏安法測電阻是中學(xué)物理實驗的重要內(nèi)容.是電學(xué)實驗的基礎(chǔ)，也是考試的熱點.如何選擇合適的滑動變阻器是該內(nèi)容的重點和難點.筆者利用計算機的excel軟件，借助其運算作圖，提高了課堂教學(xué)效率，很好的解決了此教學(xué)難題，

1.滑動變阻器原理和構(gòu)造

滑動變阻器原理是電阻定律，其電阻絲的大小隨接入電阻絲的長度增加而增加.滑動變阻器在制作時是將電阻絲一圈圈纏繞在陶瓷管道上，當(dāng)滑片在滑動時，接入的電阻絲長度是一匝的整數(shù)倍遞增.所以滑動變阻器阻值的變化并不是連續(xù)的，而是一圈電阻絲對應(yīng)電阻的整數(shù)倍發(fā)生變化.這就導(dǎo)致接入的電阻不是任意值，而是確定的一些值。

2.滑動變阻器的選取原則

滑動變阻器在電路中的功能是調(diào)節(jié)電壓或者電流，按其連接方式分為限流式和分壓式，不論以哪種方式連接對其總體要求都是：

（1）電路中測量部分電壓（電流）隨滑動變阻器滑片移動的距離盡量均勻得變化，也就是盡量接近線性關(guān)系，這樣才能保證電路測量部分電壓（電流）隨滑動變阻器的調(diào)節(jié)而出現(xiàn)連續(xù)較大變化.

（2）確保電路安全、操作簡便.

3.借助excel數(shù)據(jù)分析和描點進(jìn)行輔助分析

（一）限流式

電源電動勢為5V，內(nèi)阻不計，待測電阻阻值為滑動變阻器的最大阻值（R）分別為1Ω、10Ω、100Ω、1000Ω進(jìn)行比較.設(shè)接入的有效電阻為R1，在Excel左邊第一欄輸入最大阻值的十分之一，并且以這個阻值依次遞增10次作為R1的值，在第二欄根據(jù)輸入公式，Excel會算出相應(yīng)的電壓.以R1為橫坐標(biāo)，Ux為縱坐標(biāo)，作散點圖，并進(jìn)行平滑連接，把四個圖像進(jìn)行整合，如右圖所示.

從圖像可以看出，選用較小的滑動變阻器，電壓的變化更接近線性，但待測電阻R的電壓可調(diào)范圍較小，連續(xù)調(diào)節(jié)兩次的電壓變化較小，即電壓表指針的角度變化很小，讀數(shù)區(qū)分度很小，甚至造成兩次讀數(shù)可能相同，不利于消除測量誤差.選用較大阻值的滑動變阻器，雖然電壓的可調(diào)范圍較大，但是電壓的變化不是線性的，待測電阻的電壓在較高的區(qū)域變化幅度很大，在電壓較低的區(qū)域變化幅度很小，導(dǎo)致較高電壓區(qū)域，得到的數(shù)據(jù)太少，而低壓段的數(shù)據(jù)雖然多，卻沒有明顯的區(qū)分度，仍然不利于減小實驗誤差.相對而言，滑動變阻器和待測電電阻相等的情況下，電壓的的范圍和和讀數(shù)的區(qū)分度都相對較好.

因此，在滑動變阻器限流式接法中，我們選取的滑動變阻器應(yīng)該和待測電阻差不多.

（二）分壓式

選用的的電源電動勢、滑動變阻器與討論限流式的規(guī)格相同.設(shè)滑動變阻器左端部分的電阻為R1，R1的遞增情況也和限流式相同，Excel中的第二列根據(jù)輸入相應(yīng)的公式，繼續(xù)讓Excel算出待測電阻兩端的電壓.仍以R1為橫坐標(biāo)，Ux為縱坐標(biāo)，畫散點圖，并進(jìn)行平滑連接，把四個圖像進(jìn)行整合，如右圖所示。.

從圖像可以看出分壓式接法電壓的調(diào)節(jié)范圍都是從0到5v（最大值）.滑動變阻器越小，待測電阻兩端電壓的變化越接近線性，即待測電阻兩端電壓隨滑片滑動的距離均勻地變化，電壓表角度改變較為均勻和明顯，讀出的數(shù)據(jù)區(qū)分度較大，有利于減小實驗誤差.而滑動變阻器較大時，數(shù)據(jù)點的分布明顯不是線性，電壓較低時，數(shù)據(jù)點較多，過于集中，區(qū)分度較小，甚至肉眼無法辨別兩次的差別.電壓較高時，數(shù)據(jù)點較少，變化幅度太大，因此無法得到多組數(shù)據(jù)，不利于減小實驗誤差，甚至無法進(jìn)行實驗.

因此，在滑動變阻器分壓式接法中，選取的滑動變阻器應(yīng)和待測電阻差不多或者比待測電阻更小.

4.總結(jié)

利用Excel描點作圖是對實際操作的模擬，教師帶領(lǐng)學(xué)生經(jīng)歷過此探究過程，讓學(xué)生不僅知道其然，更知道了所以然，突破了難點的.學(xué)生還能體會到借助計算機輔助處理的重要性，有助于培養(yǎng)他們運用信息技術(shù)的意識和能力，最終達(dá)到提升學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng).

參考文獻(xiàn)

[1]王樹立，魏志如.淺談中學(xué)物理實驗中滑動變阻器的選取.物理通報，1995（12）

[2]雷廣，高中物理電學(xué)實驗中滑動變阻器的選取.物理教學(xué)探討，20080）