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        淺談伏安法測(cè)外阻實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計(jì)

        2018-04-25 11:06:30
        新課程(下) 2018年2期
        關(guān)鍵詞:變阻器伏安內(nèi)阻

        張 龍

        (甘肅省金昌市第一中學(xué))

        中學(xué)物理中,直流電路的概念及計(jì)算在降低要求的情況下,在初中已有堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),略有躍遷的是全電路及電動(dòng)勢(shì)概念,但全電路體系嚴(yán)密,思路頗順,不足為慮。唯一使學(xué)生困惑的是直流電路設(shè)計(jì),且在近幾年高考中所占比例有上升趨勢(shì)。為了使學(xué)生少走彎路,走出困惑,特對(duì)伏安法測(cè)外阻實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計(jì)發(fā)表一些看法,就教于同行。

        筆者認(rèn)為,伏安法測(cè)外阻實(shí)驗(yàn)電路應(yīng)考慮設(shè)計(jì)以下兩方面電路。

        第一,伏特表、安培表的接法。常有以下兩種電路,如圖(1)(2),外接伏安法和內(nèi)接伏安法。不管采用何種電路,由于電表的接入,不可避免產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。設(shè)計(jì)怎樣的電路,才盡可能減少誤差呢?下面就圖(1)(2)應(yīng)用并聯(lián)分流,串聯(lián)分壓加以分析。

        圖(1)

        圖(2)

        因?yàn)閁>UR,所以R測(cè)>R真,為使測(cè)量值盡量接近真值,只能盡量減小UA,據(jù)串聯(lián)分壓,只能滿(mǎn)足RA≤RX。以上分析表明,伏特表內(nèi)阻遠(yuǎn)大于待測(cè)電阻阻值,則應(yīng)設(shè)計(jì)使用外接伏安法電路。若安培表內(nèi)阻遠(yuǎn)小于待測(cè)電阻阻值,則應(yīng)設(shè)計(jì)使用內(nèi)接伏安法電路。

        圖(3)

        圖(4)

        第二,控制電路基本原件—滑動(dòng)變阻器的連接。常有以下兩種連接方式,如圖(3)(4)分壓式接法和限流式接法。圖(3)分壓式接法中,AB為供電電路輸出端。接線(xiàn)特點(diǎn)是電源與滑動(dòng)變阻器組成閉合電路,而被測(cè)電路與滑動(dòng)變阻器的一部分電阻并聯(lián),該接法對(duì)被測(cè)電路的電壓調(diào)節(jié)范圍在不計(jì)電源內(nèi)阻情形下為:0~ε。圖(4)限流式接法中,AB為供電電路的輸出端。接線(xiàn)特點(diǎn)是電源、滑動(dòng)變阻器與待測(cè)電阻三者串聯(lián)。對(duì)外供電電壓最大可調(diào)范圍為:其中RX為待測(cè)電阻,R為滑動(dòng)變阻器的總阻值,電源內(nèi)阻不計(jì)。

        以上分析可知,分壓接法比限流接法電壓調(diào)節(jié)范圍大,且可以從0調(diào)起。特別是當(dāng)RX≥R時(shí),限流法實(shí)際起不到調(diào)節(jié)電壓作用。至此則出現(xiàn)一個(gè)非常尖銳的問(wèn)題,是否任何情況下,都可接成分壓電路呢?答案是否定的。因?yàn)檫€有一個(gè)操作方便的問(wèn)題。當(dāng)R≥RX時(shí),當(dāng)滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)觸頭滑至與RX并聯(lián)部分電阻很大時(shí),再滑動(dòng)觸頭對(duì)并聯(lián)部分總電阻影響就極小,從而減緩對(duì)電壓的調(diào)節(jié)速度,影響實(shí)驗(yàn)的正常進(jìn)行。因此,在實(shí)驗(yàn)中究竟將滑動(dòng)變阻器如何接入電路要據(jù)實(shí)驗(yàn)要求和所給器材的規(guī)格決定。若實(shí)驗(yàn)明確要求電壓從0調(diào)起,只能選用分壓接法。若要求不明確,且電壓調(diào)節(jié)范圍不需太大時(shí),兩種接法都可以。但一般情況下限流接法中要選用阻值較大的滑動(dòng)變阻器,分壓接法中應(yīng)選用阻值較小的滑動(dòng)變阻器。以下特舉一例作說(shuō)明性分析。

        例:有一個(gè)小燈泡上面標(biāo)有“6V,1W”字樣?,F(xiàn)要描繪此燈的I-U圖線(xiàn)。下列器材可供選用:A.電壓表(0-5V,5KΩ);B.電壓表(0-10V,10KΩ);C.電流表(0-0.3A,5Ω);D.電流表(0-0.6A,2Ω);E.滑動(dòng)變阻器(30Ω,2A);F.學(xué)生電源(直流9V),還有開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線(xiàn)等。

        (1)實(shí)驗(yàn)中所用電壓表應(yīng)選_____,電流表應(yīng)選_____。

        (2)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)原理圖。

        分析:基本思路,先選儀表,再選電路。

        ②由于R≤RV(36Ω≤10KΩ),故采用外接伏安法。

        ③由于描繪燈泡I-U圖線(xiàn),燈泡兩端電壓要從零調(diào)起且應(yīng)多測(cè)幾組U、I值。因此,變阻器應(yīng)接成分壓式。原理圖如圖(5)。

        圖(5)

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