借助excel講透滑動(dòng)變阻器規(guī)格的選取原則

馬煒

摘 要：滑動(dòng)變阻器是伏安法測(cè)電阻搭建供電電路的核心元件，它通過(guò)改變自身電阻來(lái)改變待測(cè)電阻的電流或電壓，得到多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而對(duì)減小實(shí)驗(yàn)誤差有重要的作用.筆者借助excel快速處理數(shù)據(jù)和描點(diǎn)、作圖的特點(diǎn)，直觀得看出不同規(guī)格的滑動(dòng)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(dòng)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(cè)電阻是中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的重要內(nèi)容.是電學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，也是考試的熱點(diǎn).如何選擇合適的滑動(dòng)變阻器是該內(nèi)容的重點(diǎn)和難點(diǎn).筆者利用計(jì)算機(jī)的excel軟件，借助其運(yùn)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(dòng)變阻器原理和構(gòu)造

滑動(dòng)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(zhǎng)度增加而增加.滑動(dòng)變阻器在制作時(shí)是將電阻絲一圈圈纏繞在陶瓷管道上，當(dāng)滑片在滑動(dòng)時(shí)，接入的電阻絲長(zhǎng)度是一匝的整數(shù)倍遞增.所以滑動(dòng)變阻器阻值的變化并不是連續(xù)的，而是一圈電阻絲對(duì)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(dòng)變阻器的選取原則

滑動(dòng)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(duì)其總體要求都是：

（1）電路中測(cè)量部分電壓（電流）隨滑動(dòng)變阻器滑片移動(dòng)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(cè)量部分電壓（電流）隨滑動(dòng)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(jiǎn)便.

3.借助excel數(shù)據(jù)分析和描點(diǎn)進(jìn)行輔助分析

（一）限流式

電源電動(dòng)勢(shì)為5V，內(nèi)阻不計(jì)，待測(cè)電阻阻值為滑動(dòng)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(gè)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(huì)算出相應(yīng)的電壓.以R1為橫坐標(biāo)，Ux為縱坐標(biāo)，作散點(diǎn)圖，并進(jìn)行平滑連接，把四個(gè)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(dòng)變阻器，電壓的變化更接近線性，但待測(cè)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(cè)量誤差.選用較大阻值的滑動(dòng)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(cè)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(shí)驗(yàn)誤差.相對(duì)而言，滑動(dòng)變阻器和待測(cè)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(duì)較好.

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

（二）分壓式

選用的的電源電動(dòng)勢(shì)、滑動(dòng)變阻器與討論限流式的規(guī)格相同.設(shè)滑動(dòng)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(cè)電阻兩端的電壓.仍以R1為橫坐標(biāo)，Ux為縱坐標(biāo)，畫散點(diǎn)圖，并進(jìn)行平滑連接，把四個(gè)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(dòng)變阻器越小，待測(cè)電阻兩端電壓的變化越接近線性，即待測(cè)電阻兩端電壓隨滑片滑動(dòng)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(shí)驗(yàn)誤差.而滑動(dòng)變阻器較大時(shí)，數(shù)據(jù)點(diǎn)的分布明顯不是線性，電壓較低時(shí)，數(shù)據(jù)點(diǎn)較多，過(guò)于集中，區(qū)分度較小，甚至肉眼無(wú)法辨別兩次的差別.電壓較高時(shí)，數(shù)據(jù)點(diǎn)較少，變化幅度太大，因此無(wú)法得到多組數(shù)據(jù)，不利于減小實(shí)驗(yàn)誤差，甚至無(wú)法進(jìn)行實(shí)驗(yàn).

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

4.總結(jié)

利用Excel描點(diǎn)作圖是對(duì)實(shí)際操作的模擬，教師帶領(lǐng)學(xué)生經(jīng)歷過(guò)此探究過(guò)程，讓學(xué)生不僅知道其然，更知道了所以然，突破了難點(diǎn)的.學(xué)生還能體會(huì)到借助計(jì)算機(jī)輔助處理的重要性，有助于培養(yǎng)他們運(yùn)用信息技術(shù)的意識(shí)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)

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[2]雷廣，高中物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器的選取.物理教學(xué)探討，20080）