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,江西信豐 341600)

高二《物理》學生分組實驗——把電流表改裝為電壓表,實驗首先要采用“半偏法”測出電流表的內阻,然后再把電流表改裝為電壓表.在該實驗的教學中,發現學生用市售電位器做“半偏法”測電流表的內阻時,有些電位器由于頻繁旋動旋鈕,使電位器里的電阻膜損傷,導致電流表指針難于穩定在滿偏刻度線上.損傷后的電位器無法修復,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于市售電位器.現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,使其制作成金屬轉動片,安裝時應按照塑料墊片(用塑料薄片剪制而成)、金屬墊片、金屬轉動片、銅電極和螺母的順序,把金屬轉動片安裝在螺絲上,如圖1所示.

轉動金屬轉動片,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,如果轉動金屬轉動片電阻變化太大,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,通過轉動金屬轉動片使石墨電阻膜聯入電路的長度發生改變,從而使其聯入電路的電阻發生改變.

3 實驗方法

(1)圖2是“半偏法”測電流表內阻 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(自制電位器聯入電路時,用帶鱷魚夾的導線直接夾在銅螺母上),R′為電阻箱,電源電壓為直流 12 V.電路連接時各開關均斷開.

圖2

(2)轉動金屬轉動片使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S1,調整 R的阻值,使電流表指針偏轉到滿刻度.再閉合開關S2,調整R′的阻值,使電流表指針偏轉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),可以認為 rg=R′.

4 自制電位器的優點

(1)“自制電位器”多次使用后,也可能會出現觸點電阻不穩定使電流表的指針難于穩定在滿偏刻度線上的現象,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相比,是“自制電位器”的最大優點.

(2)“自制電位器”設計有1段“電路保護電阻”,可防止學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象發生.

(3)由于“自制電位器”的開放性結構,其電阻膜和滑動片等核心部件的完全暴露,消除了學生對市售電位器的神秘感,有利于培養學生動手、動腦的實驗能力.