器两种接法的选择
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用DISLab系统探究滑动变阻器两种接法的选择
陕西省商南县高级中学李厚旺
一、问题的提出
滑动变阻器是电学实验中很重要的一个控制元件，它是通过改变电路中的阻值来控制负载的电流或电压的,它有两种连接方法——限流式和分压式接法。
很多同学在设计实验或实验时不知道应选择哪一种接法，都盲目地选择了限流式接法，问其原因，有的同学说我们高中阶段大部分实验都是这么做的，所以我也没有怎么想就这样选了，也有同学更干脆，说这种接法连接电路时简单，所以就选它。
听了以后让人啼笑皆非。
为此，我决心带领一班学生利用我校DISLab系统，探究一下滑动变阻器两种接法对电路的控制作用和调控效果，从而总结出滑动变阻器两种接法选择的一般规律。
二、装置和实验过程
1. 实验装置主要由DIS（电流传感器、电压传感器、数据采集器、数据线）、计算机、电阻箱、两节干电池（1．5v）滑动变阻器（20Ω、2A）、开关、导线等组成。
将以上实验仪器分成两组，分别按图1和图2连接成限流式和分压式。
2．组装好实验装置后引导学生进行实验数据采集：
（1）启动DIS系统通用扩展软件，在工具栏中点击“计算表格”图标，建立记录数据的表格。
（2）设置负载阻值为1Ω和自动采集数据时间“0．5s”，点击自动记录下“开始”命令，闭合电路开关，从滑动变阻器的左端缓慢的移动滑片P。
(3）点击“公式”，调用电磁学公式库中的“伏安法测电阻公式”，计算出R AP阻值。
（4）通过变阻箱改变负载电阻的阻值，限流式中R x分别取10Ω、20Ω、40Ω、100Ω；分压式中R x分别取0．2Ω，1Ω，10Ω，40Ω，400Ω。
重复（2）、（3）步骤。
最后得到如图所示的实验数据。
3.实验数据处理
引领学生利用EXCEL数据处理软件对已采集的数据进行分析
（1）在EXCEL工具栏中点击“图表向导”图标，选择图表类型“XY散点图”，子图表类型“无数据点平滑散点图”。
（2）添加系列和源数据，分别以R AP、I作为X轴和Y轴的源数据，作出负载电流随滑片移动时的变化图线。
（3）在已画出的图表上右击，重复步骤（2），作出如下图所示不同负载电阻下I－R AP 图线。
（4）重复（1）、（2）、（3），作出如上图所示的分压式负载电压随滑片移动时的变化的U－R AP图线。
三、实验结果分析
1．限流式
（1）由上述限流式U－R AP图线看出，滑动变阻器对负载电流的调节不可能从零开始。
（2）当负载电阻相对于滑动变阻器较小时（如Rx=1Ω即左图a图线），滑动变阻器对负载电阻的调节范围比较大，但开始调节时电流变化过大，调节比较困难。
（3）当负载电阻相对于滑动变阻器较大时（如Rx=40Ω即左图d图线），滑动变阻器对负载电阻电流的调节范围很小。
因此若采用滑动变阻器限流式接法控制电路时，所选择的滑动变阻器相对于负载电阻而言既不能太大也不能太小，滑动变阻器太大虽然调节范围大但调节效果较差；滑动变阻器太小虽然电压电流能成线性变化，效果较好但调节范围却很有限。
2．分压式
1．由上述分压式U－R AP图线看出，滑动变阻器对负载电压的调节可以从零开始。
2．当负载电阻相对于滑动变阻器较小时（如Rx=0.2Ω即右图黑色图线a），虽然可从零开始调节但滑动变阻器对负载电压的调节范围较小。
3．当负载电阻相对于滑动变阻器较大时（Rx=400Ω即右图e图线），滑动变阻器对负载电阻的调节效果相当好，调节的电压电流几乎随RAP线性变化。
因此滑动变阻器接入电路时，若采用分压式接法控制电路中的电流，选择的滑动变阻器相对于负载电阻而言小些较好，但滑动变阻器的阻值也不能太小，否则通过滑动变阻器的电流很大，此时滑动变阻器将要消耗了电路中的大部分能量。
四、滑动变阻器两种接法选择的一般原则
利用DIS技术和EXCEL软件的数据分析功能，对滑动变阻器的接法问题进行了以上实验探究，学生体验到了科学探究过程，学习到了科学研究方法，最终也得到了滑动变阻器两种接法选择的一般原则：
1.凡是实验目的要求负载电流、电压从零开始变化时，如《描绘小灯泡U_I特性曲线》的实验,就只能使用分压接法。
2.若滑动变阻器相对于负载电阻过大或过小，使用限流式接法效果较差，就选用分压式接法。
3.若滑动变阻器最大电阻与负载电阻相当且均较小时，为尽量减小能量损耗宜选择限流式接法。
