淺析分壓電路實驗

摘 要：論文基于楊述武先生主編的《普通物理實驗2：電磁學部分（第四版）》實驗教材的內容，對分壓電路實驗的實驗目的和實驗內容做了一些分析討論。本實驗的最基本要求是了解基本儀器的性能和使用方法的；實驗測量過程中關鍵是要注意讀數時滑線變阻器的滑片C所在位置的選取；實驗的難點是各參數的選取，尤其是Umax的選取。

關鍵詞：分壓電路；實驗目的；實驗內容

在楊述武先生主編的《普通物理實驗2：電磁學部分（第四版）》實驗教材中，“制流電路與分壓電路實驗”是作為物理學專業電磁學實驗課程的第一個實驗來開設的，就實驗內容及要求而言，該實驗能很好地銜接于中學和大學物理實驗之間。關于分壓電路實驗的相關探討，已有很多，大多數主要關注點在于各參量之間的關系、實驗曲線、實驗數據處理、電路特性、兩種電路的關系與區別，兩種電路的選取、能耗等方面，但在實驗目的和實驗內容要求方面，則鮮有討論。本文將基于楊述武先生主編的《普通物理實驗2：電磁學部分（第四版）》實驗教材的內容，對分壓電路實驗做幾點分析討論。

一、 分壓電路實驗的基本原理

如圖1，RZ表示負載電阻（實驗中一般用電阻箱），R0表示滑線變阻器，E表示穩壓直流電源，A表示電流表，K表示電路中的開關。

在滑線變阻器的滑片C由A端滑至B端的過程中，電壓表的讀數（即RZ兩端的電壓）U將由0變到E，當滑線變阻器的滑片C滑動到任一位置時，電壓表的讀數（即RZ兩端的電壓值）U為

在K取不同值的時候，分壓電路的特性曲線圖如圖2所示。

二、 分析討論

（一） 實驗目的分析討論

實驗目的能否達到，是檢驗實驗效果的標準，在實驗前充分了解實驗目的是非常重要的一個步驟。有很多學生甚至實驗指導教師往往會輕視或忽略實驗目的，只注重實驗測量，將導致學生在做實驗過程中漫無目的。

在楊述武先生主編的《普通物理實驗2：電磁學部分（第四版）》實驗教材中，本實驗的實驗目的：①了解基本儀器的性能和使用方法；②掌握分壓兩種電路的聯結方法、性能和特點，學習檢查電路故障的一般方法；③熟悉電磁學實驗的操作規程和安全知識。“制流電路與分壓電路實驗”作為理學專業電磁學實驗課程的第一個實驗項目，通過本實驗，必須培養學生熟悉電磁學實驗的操作規程和安全知識，養成良好實驗習慣，保證學生今后在做每一個其他電磁學實驗項目時都必須先了解儀器的性能和使用方法。由于電磁學實驗的每一個項目都離不開電路，因此檢查電路故障的一般方法學生也必須了解，而在本實驗中，實驗電路的連接與測量僅僅是實驗目的②中的部分要求。這些實驗目的要求就注定本實驗的內容不僅僅在于實驗電路的連接與測量，將更注重基本實驗技能的培養和實驗安全意識的訓練。

（二） 實驗內容分析討論

在實驗教材《普通物理實驗2：電磁學部分（第四版）》（楊述武，趙立竹等編）中，本實驗的內容首先要求仔細觀察電表和萬用表的度盤，記錄下度盤下側的符號及數字，說明其意義，并說明所用電表的最大允許誤差；記下所用電阻箱的級別，能算出電阻箱在不同示值時的最大容許電流；用萬用電表檢測所用滑線變阻器的全電阻是否正常。這幾項實驗內容正是為了實現實驗目的①而設置的，并為實驗目的②和③做好準備，也為培養學生規范操作其他電磁學實驗項目打下基礎，這部分實驗內容也是后續實驗內容的前提，非常重要。但學生在做實驗的時候，往往輕視甚至忽略這幾項實驗內容，需要實驗指導教師嚴格要求并監督好學生完成這幾項內容，否則學生在進行后續實驗內容的過程中，對相關參數的設置不夠嚴謹，憑感覺隨意設置，稍有不慎就會損壞儀器。

在對基本儀器的性能和使用方法充分了解之后，才要求學生測量分壓電路的特性，實驗教材中要求學生在K取不同值（K=2和K=0.1）的情況下，測兩條特性曲線，且兩條特性曲線中的Umax取同一個值。若要求Umax取同一個值，則Umax的取值問題將是本實驗的難點所在。之所以要求Umax取同一個值，是為了更好的加深學生對安全用電的理解，能更好地達到實驗目的③的要求，下面將對Umax的取值進行分析。

K的取值（即RZR0）為2時，RZ表示負載（即電阻箱）的阻值，R0表示滑線變阻器兩個固定端之間的總阻值，如果R0=100 Ω，則RZ=200 Ω，根據所用電阻箱的參數可確定RZ取200 Ω時所能承受的最大安全電壓U1，在實驗測量時所選取的Umax值則應小于RZ取200 Ω時所能承受的最大安全電壓U1；同時，Umax值的選取也應考慮滑線變阻器（R0）所能承受的最大安全電壓，一般情況實驗室用的滑線變阻器所能承受的最大安全電壓都高于電阻箱所能承受的最大安全電壓，因此實驗測量時所選取的Umax值主要取決于RZ所能承受的最大安全電壓值。同理，K取值（即RZR0）為0.1時，若R0=100 Ω，則RZ=10 Ω，同樣，根據所用電阻箱的參數可確定RZ在取10 Ω時所能承受的最大安全電壓U2，實驗測量時所選取的Umax值同時也應該小于RZ取10 Ω時所能承受的最大安全電壓U2。由于在K=2和K=0.1時，分別對應有RZ=200 Ω和RZ=10 Ω，RZ的取值不一樣，則根據所用電阻箱的參數，其對應所能承受的最大安全電壓U1和U2也不一樣，若要求Umax取同一個值，則實驗測量時所選取的Umax值應小于U1和U2中較小的一個，才能保證在整個實驗過程中電阻箱兩端的電壓值終小于其所能承受的最大安全電壓。

根據所選取的Umax確定電源電壓E的取值，K=2和K=0.1時，分別對應的RZ=200 Ω和RZ=10 Ω，RZ取值不同，其所能承受的最大安全電壓U1和U2也不同，但要求實驗測量時所選取的Umax值低于U1和U2中較小的一個，因此K取不同值時，電源電壓E取相同值，即測兩條特性曲線時所用電源電壓E的取值為同一個數值。

實驗參數確定之后，連接電路，設置參數，電壓表調到相應的量程，檢查無誤后，閉合開關（若發現電壓表的讀數過高，必須立即斷開開關，重新檢查電路），移動滑線變阻器的滑片C，測量10-15次以上的電壓值并記錄此時滑線變阻器的滑片C在標尺上對應的位置l，同時記下變阻器繞線部分的長度l0，以X=ll0（即X=RACR0）為橫坐標，電壓U為縱坐標，作出分壓電路的特性曲線圖。在測量過程中，關鍵要注意滑線變阻器的滑片C所在位置的選取，10-15次的測量位置必須覆蓋整個滑線變阻器的長度（即X的取值是從0到1的），否則所做的X-U圖將不完整。測量過程中需同時觀察電壓表讀數的變化情況，在滑線變阻器的滑片C在滑動的過程中，如果電壓表讀數變化較明顯時，則測量間隔可小一些，此時多測幾組數據，繪制出的X-U曲線圖將更加平滑一些，曲線將更加完美。

三、 結語

對于分壓電路實驗，根據以上分析可知，在實驗目的中首先要求學生了解基本儀器的性能和使用方法，是對學生基本實驗素養的要求，非常重要，實驗過程中指導教師需嚴格要求。實驗測量時關鍵是強調學生注意讀數時滑線變阻器的滑片C所在位置的選取。實驗的難點是各參數的選取，尤其是Umax的選取，指導教師需要給學生做一定的講解。

參考文獻：

[1]孫新義.淺評制流電路研究實驗的測量與數據處理[N].延安大學學報（自然科學版），1998，17（2）：67-68.

[2]張真，黃海深.限流電路和分壓電路的特性[J].考試周刊，2016（61）：146.

[3]楊述武，趙立竹等.普通物理實驗2：電磁學部分（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2007.

作者簡介：

楊勇，副教授，貴州省安順市，安順學院數理學院。