運用電位器研究電阻大小對限流電路的影響

陶學明

(浙江省湖州中學　浙江 湖州　313000)

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運用電位器研究電阻大小對限流電路的影響

陶學明

(浙江省湖州中學浙江 湖州313000)

使用指針多圈電位器替代滑動變阻器接入限流電路，通過對實驗數據、圖像分析，說明負載電阻越大，路端電壓變化越均勻．同時利用傳統滑動變阻器實驗數據作對比，得出相似的結論．

指針多圈電位器 限流電路滑動變阻器

1　前言

在高中物理課本上研究限流電路和分壓電路時，往往運用滑動變阻器或者電阻箱來連接電路，通過調節滑動變阻器或改變電阻箱的阻值來實現輸出的電流或者電壓發生改變．但是在電工學里面還有一樣儀器也可以實現類似的功能，而且在高中物理實驗室里也有，那便是電位器．

2　電位器簡單介紹

電位器 (Potentiometer)是可變電阻器的一種．通常是由電阻體與轉動或滑動系統組成，即靠一個動觸點在電阻體上移動，獲得部分電壓輸出．電位器的作用——調節電壓(含直流電壓與信號電壓)和電流的大小．

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　電位器的讀數盤

3　用WXD2-53型指針多圈電位器研究限流電路實驗

3.1實驗原理

圖3

定義：負載電阻RL與電位器全電阻R之比

3.2實驗目的

現研究不同β下S與k的關系曲線.

3.3實驗過程和數據處理

(1)根據圖3連接電路，用DIS實驗裝置中的電壓傳感器連接電阻箱兩端，將電阻箱調到100 Ω(β=0.1)，調節電位器電阻比k=1.00，閉合開關S．在DIS的“教材通用軟件”界面下進入數據表格，選擇手動記錄，記錄下電壓傳感器的讀數．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，記錄對應的電壓傳感器讀數．

(2)將實驗數據導入到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)，重復上述步驟(1)和(2)．

表1限流電路實驗數據

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)的實驗數據，利用公式計算不同β下的S值，在Excel表格中插入“帶平滑曲線和數據標記的散點圖”(如圖4)．

3.4數據結論

從圖4中，我們可以看到：

圖4　限流電路S-k關系圖像

1)在限流電路中，S隨k的增大而減小．

2)限流電路電流調不到零．

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

4　傳統高中物理課堂實驗的推導和討論

在高中物理課本中并未出現此類實驗，大多限流電路都是采用傳統的滑動變阻器[2]．

圖5

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

對上面的式子進行討論[1]：

(1)當k很大時，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，滑動變阻器對電流起不到很好的控制作用．所以，在這個實驗中不采用這樣的變阻器．

(2)當k很小時，圖6所示的Ix-x圖像線性較差，特別是當x趨向于零時，電流變化很大，且電流變化范圍寬，因此，在這個實驗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，而應使其最大值在Rx的2～5倍之間最好．

圖6

5　設計的實驗與高中教材上的對比與借鑒

這兩種實驗都是采用限流電路進行數據記錄的，但是都能得到類似的圖像和結論，即在限流電路中，滑動變阻器或者電位器選擇阻值略大點的時候，電流I隨著滑動變阻器或者電位器變化線性程度越好，更好地滿足我們在實驗中對I或U數據分布均勻的需要．

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

2新概念高中物理讀本(第二冊).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)