用图像分析限流和分压接法中滑动变阻器的选取

第２６卷第２期　物理实　验　Ｖｏ１．２６　Ｎｏ．２　Ｆｅｂ．．２００６　２００６年２月　Ｐ　Ｈ　ＹＳＩＣＳ　ＥＸＰＥＲＩＭＥＮＴＡＴＩＯＮ　用图像分析限流和分压接法中滑动变阻器的选取　徐立海　（楚门中学，浙江玉环３１７６０５）　摘要：借助【　－Ｒ。　图像分析得出滑动变阻器的选取原则：控制电路采用限流接法时，要求滑动变阻器的最大阻值　与被测电阻的阻值接近，即接近为原则；控制电路采用分压式接法时，滑动变阻器的最大阻值应远小于被测电阻的阻值，　故在分压接法中。应选择阻值较小而额定电流较大的滑动变阻器．　关键词：滑动变阻器；限流电路；分压电路　中图分类号：Ｇ６３３．７　文献标识码：Ａ　文章编号：１００５－４６４２（２００６）０２－００２７－０３　在电学实验中，通常要用滑动变阻器来控制　再用几何画板软件定量地画出Ｕ　－Ｒ帅函数关系　和调节某一被测电阻两端的电压．在控制电路　图像，如图２中的各图线，这些图线称为限流接法　中，滑动变阻器主要有限流式和分压式２种接法．　的输出特性曲线．　由于实验设计的需要，经常涉及到滑动变阻器的　选取问题，关于滑动变阻器的选取要根据不同的　连接方式和电路中的其它电阻的大小．物理图像　可以恰当地表达各种现象的物理过程和规律，明　确物理量之间的函数关系，恰当地表示用语言难　以表达的内涵．故本文就借助２种接法的输出特　性曲线（即Ｕｚ－Ｒ　函数图像）来分析滑动变阻器　的选取．　图１限流接法电路　１　限流攫法中糟动亚阻器的选取　图１所示的电路为滑动变阻器的限流接法，　１－５　电源电动势为Ｅ，内阻不计。滑动变阻器的最大阻　Ｒ．＝２００Ｑ　值为Ｒ。，被测电阻的阻值为Ｒ　．闭合电键后，Ｒ　之。·ｏ　两端的电压为　Ｓ　尼＝２ＯＱ　Ｏ．５　Ｒ　＝１０Ｑ　０　毋＝ｌ　Ｑ　Ｏ　５　ｌＯ　ｌ５　２Ｏ　Ｒ　／Ｑ　其可调范围是　衰Ｅ～Ｅ．若Ｅ＝；：１．５　Ｖ，Ｒ０—　２Ｏ　Ｑ，Ｒ　分别取为ｉ　Ｑ，１０　Ｑ，２Ｏ　Ｑ，２００　Ｑ，代入　图２限流接法时的　－尺　曲线　方程可得Ｒ　两端的电压Ｕｚ与电阻Ｒ。　的关系分　对图２分析，可得出以下结论：　别为　１）当Ｒ　》Ｒ。时，曲线接近直线，但由于电压　ｕ￣－　１．　ｓ１５，　＝；＝　调节范围过小，滑动变阻器就起不到调节电压的　作用．　３　Ｏ３００２）当Ｒ　《Ｒ。时，曲线非常弯曲．当Ｒ印在０　收稿日期：２００５－０６－２８　作者简介：徐立海（１９７８一），男，浙江玉环人，中教一级，理学学士，从事物理教学工作．　维普资讯 http://www.cqvip.com

２８　物理实　验　第　６卷　３　Ｑ范围内变化时，　能在较大的范围变化，　但滑动变阻器不易控制，这就造成调节精度过低；　当Ｒ　在３－－￣２０　ｎ的范围内变化时，由于　用．　的变　化范围过小，滑动变阻器就起不到调节电压的作　３）当Ｒ　与Ｒ。接近时，避开了电压调节范围　过小和调节精度过低的缺陷，故较为合适．　所以，控制电路采用限流式接法时要求滑动　变阻器的最大阻值与被测电阻的阻值接近，即接　近为原则．　２分压接法中滑动变阻器的选取　图３所示为滑动变阻器的分压接法电路，电　源电动势为Ｅ，内阻不计，滑动变阻器的最大阻值　为尺。，被测电阻的阻值为Ｒ　．闭合电键后，Ｒ两　端的电压为　ｒ～　　ｒ一　墨　．垦　垦空一　Ｒ　＋Ｒ　＋Ｒ　…　印　Ｒ　ｐＲ　Ｅ　ＲｄｐＲ　＋Ｒ。Ｒ　Ｒ　。Ｒ　Ｅ　Ｒ　ｐ（Ｒｏ—Ｒ　ｐ）＋ＲｏＲ　’　其可调范围为０￣－．Ｅ．若Ｅ＝＝＝１．５　Ｖ，Ｒ。＝２０　Ｑ，Ｒ　分别取为１　Ｑ，１０　Ｑ，２０　Ｑ，２　ｋｎ，则Ｒ　两端的电　压　与电阻Ｒ　的关系分别为　１．５Ｒ　Ｒ口ｐ（２Ｏ—Ｒｐ）＋２０’　Ｕ　１５Ｒ　Ｒ　ｐ（２Ｏ一兄ｐ）＋２００’　３ＯＲ　Ｕ　一　Ｒ　（２０－－瓦　千　ｏ０’　Ｕ　＝　３　０００Ｒ　Ｒ　ｐ（２Ｏ—Ｒ　）＋４０　０００’　再用几何画板软件定量地画出Ｕ　Ｒ　函数关系　图像如图４所示，这些图线称为分压接法的输出　特性曲线．　分析图４可得出以下结论：　１）当Ｒ　《Ｒ。时，Ｕ　一Ｒ　曲线非常弯曲．当　Ｒ。　在Ｏ～１７　Ｑ范围内变化时，　变化范围过小，　图３分压接法电路　尼ｌ－２０Ｑ　Ｒ　／Ｑ　图４分压接法时的　一Ｒ　曲线　滑动变阻器就起不到调节电压的作用；而当Ｒ　在１７￣２０　Ｑ范围内变化时，Ｌ，　能在较大范围变　化，但滑动变阻器又不易控制，这就造成调节精度　过低．　Ｄ　２）当Ｒ　》Ｒｏ时，ｕ　≈　Ｅ，则函数图线就非　Ｊ、０　常接近直线．　可随着Ｒ　的均匀增加而均匀增　加，　几乎就由Ｒ叩来决定，而Ｒ　的影响可以忽　略不计．因此，这种情况下电压容易调节，且调节　精度较高．　所以，控制电路采用分压式接法时滑动变阻　器的最大阻值应远小于被测电阻的阻值．故在分　压接法中，应选择阻值较小而额定电流较大的滑　动变阻器．　参考文献：　［１］　宿玉勇．２００４年高考理综物理实验题错解剖析口］．　物理实验，２００５，２５（１）：３７．　维普资讯 http://www.cqvip.com

第２期　徐立海：用图像分析限流和分压接法中滑动变阻器的选取　２９　Ｓｌｉｄｅ　ｒｈｅｏｓｔａｔ　ｃｈｏｏｓｉｎｇ　ｔｏ　ｌｉｍｉｔｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｏｒ　ｄｉｖｉｄｅ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｂｙ　ｇｒａｐｈ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ＸＵ　Ｌｉ—ｈａｉ　（Ｃｈｕｍｅｎ　Ｈｉｇｈ　Ｓｃｈｏｏｌ，Ｙｕｈｕａｎ　３１７６０５，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ　ｉｓ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｃｈｏｏｓｉｎｇ　ｏｆ　ｓｌｉｄｅ　ｒｈｅｏｓｔａｔ　ｂｙ　ｇｒａｐｈ　ａｎａ１ｙｓｉｓＴｈａｔ　ｉｓ，　ｔｈｅ　ｍａｘｉｎｕｍ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｏｆ　ｒｈｅｏｓｔａｔ　ｉｓ　ｃｌｏｓｅ　ｔＯ　ｔｈｅ　ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　ｏｎｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ＣＵｒｒｅｎｔ—ｌｉｍｉｔｉｎｇ　ｃｉｒｃｕｉｔｓ　ａｎｄ　ｍｕｃｈ　ｌｅｓｓ　ｔｈａｎ　ｔｈｅ　ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｄｅｒｉｄｉｎｇ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｃｉｒｃｕｉｔｓＳｏ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｄｅｖｉｄｉｎｇ　ｖｏＩｔａｇｅ　ｃｉｒｃｕｉｔｓ，ｔｈｅ　ｃｈｏｓｅｎ　ｒｈｅｏｓｔａｔ　ｓｈｏｕｌｄ　ｈａｖｅ　ｔｈｅ　ｓｍａｌｌ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ａｎｄ　ｈａｖｅ　ｔｈｅ　ｌａｒｇｅｒ　ｒａｔｅｄ’ｃｕｒｒｅｎｔＫｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｌｉｄｅ　ｒｈｅｏｓｔａｔ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｌｉｍｉｔｉｎｇ　ｃｉｒｃｕｉｔ；ｄｉｖｉｄｉｎｇ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｃｉｒｃｕｉｔ　（Ｉ－接第２１页）　Ｓｔａｔｉｃ　ｆｒｉｃｔｉｏｎ　ｏｎ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｓｈａｐｅ　ｒｏｄ　ｉｍｍｅｒｓｅｄ　ｉｎ　ｇｒａｎｕｌａｒ　ｍａｔｔｅｒ　ＫＯＮＧ　Ｗｅｉ—ｓｈｕ，ＨＵ　Ｌｉｎ，ＷＵ　Ｙｕ—ｑｉｎ。ＺＨＡＮＧ　Ｘｉｎｇ—ｇａｎｇ　（Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｇｕｉｚｈｏｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕｉｙａｎｇ　５５００２５，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｍａｘｉｍｕｍ　ｓｔａｔｉｃ　ｆｒｉｃｔｉｏｎ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｃｒｏｓｓ　ｓｅｃｔｉｏｎａｌ　ａｒｅａ　ａｎｄ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｓｈａｐｅ　ｒｏｄ　ｉｍｍｅｒｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｇｒａｎｕｌａｒ　ｍａｔｔｅｒ　ｉｓ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｌｙＩｔ　ｉｓ　ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｓｔａｔｉｃ　ｆｒｉｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｉｒｃｌｅ，ｓｑｕａｒｅ　ａｎｄ　ｆｌａｔ　ｒｏｄｓ　ａｒｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓＡ　ｍｏｄｅｌ　ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｎｇ　ｏｆ　ｌａｙｅｒｓ　ｏｆ　ｇｒａｎｕｌａｒ　ｍａｔｔｅｒ　ｗｈｉｃｈ　ａｒｅ　ｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌｌｙ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　ｉｓ　ｅｍｐｌｏｙｅｄ　ｔＯ　ａｎａｌｙｚｅ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｑｕａｌｉｔａｔｉｖｅｌｙ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｇｒａｎｕｌａｒ　ｍａｔｔｅｒ；ｆｒｉｃｔｉｏｎ　ｆｏｒｃｅ；ｓｔｒｅｓｓ　ｃｕｒｖｅ　（上接第２４页）　ｐｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｓｏｌｉｄ　ｌｉｎｅａｒ　ｅｘｐａｎｓｉｏｎ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ａｎａｌｙｚｅｒ　ＨＥ　Ｊｉｎｇ—ｙｏｎｇ，ＸＩＡＯ　Ｈｕｉ—ｑｉｎ，ＸＩＡ　Ｘｉａｎｇ—ｆａｎｇ　（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ＆Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｚｈｕｚｈｏｕ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｚｈｕｚｈｏｕ　４１２００８，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｏｌｉｄ　ｌｉｎｅａｒ　ｅｘｐａｎｓｉｏｎ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　ｄｅｖｉｃｅ　ｉｓ　ｒｅａｌｉｚｅｄ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇ　ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　ｔｈｅｒｍｏｓｔａｔｉｃ　ｈｅａｔｅｒ，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｓｅｌｆ—ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ａｎｄ　ｄｉｓ—　ｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｓｅｎｓｏｒ．Ｔｈｉｓ　ｄｅｖｉｃｅ　ｉｓ　ｄｉｇｉｔｉｚｅｄ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｉｂｌｙＫｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｌｉｎｅａｒ　ｅｘｐａｎｓｉｏｎ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ；ｍｉｃｒｏ—ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｍｅａｓｕｒｅ