指导书-08用滑线变阻器分压和限流.doc

天津城市建设学院大学物理实验中心 大学物理实验A/大学物理实验B 实验教学指导书

用滑线变阻器分压和限流
电路一般都包括电源、控制和测量三部分。三部分中测量电路是根据实验目的事先确定的，它等效于一个负载。根据要求，必须给负载提供一定的电压和电流，这就确定了电源的规格。控制电路的作用是控制负载的电流和电压达到要求，完成这一任务的电路分别称限流电路和分压电路。滑线变阻器的优点是连续可调，串联在电路中可控制电流大小，并联在电路中可控制电压，因而常用的电路控制元件。
本实验通过对滑线变阻器分压特性和限流特性的研究，了解滑线电阻与负载应如何匹配从而达到预期结果。
【实验目的】
1、了解基本电学仪器的性能和使用方法；
2、掌握滑线变阻器限流与分压两种电路的联接方法、性能和特点；
2、熟悉电学实验的基本操作规程和安全常识。
【实验仪器】
稳压电源，滑线变阻器，电阻箱，电压表，电流表，开关，导线（红、黑各4条）。
【实验原理】
1. 滑线变阻器的分压特性

图1　分压电路
滑线变阻器作分压的电路如图1所示。滑线变阻器的两固定端分别接于电源的正负极，负载电阻与R1并联，U0为电源的端电压。
电路的总电阻R可以看成是R1和RL并联后，再与R2串联：

因此，回路的总电流I为
（1）
而RL上的电压UL即为
（2）
对于一定的电源E和负载RL，UL只与R1和R2有关，又注意到是一常量（即滑线变阻器的总电阻），所以可以表示出UL与滑键位置的关系。为了得到较明显而普遍的式子，现令
（滑键在电阻上的相对位置）
（负载与电阻之比）
则负载RL上的电压为
（3）
则

2. 滑线变阻器的限流特性

图2　限流电路
滑线变阻器作限流器的电路如图2所示。这时负载RL中电流等于

若K与X的定义式不变，并令，则可导出通过负载的电流

则

【实验内容与步骤】
1. 分压电路
1） 按照图1连接分压线路，电源电压调至3V，负载RL调至10000Ω（即K=10），
电压表量程调至3V。
2） 闭合电源开关（如果发现电压或电流过大，要立即切断电源）。
3） 移动滑线变阻器的滑动头，其相应位置分别为X=0.10,0.20,0.30,0.40, 0.50,0.60, 0.70,0.80,0.85,0.90,0.95时，测负载上的电压值写进表1中，并计算UL/U0写进表1中。
4） 调节RL为1000Ω，500Ω，100Ω，10Ω时，重复步骤1)-3)。
5） 用表1中的数据画出K=10,1,0.5,0.1,0.01时的UL/U0与X的关系曲线。
2. 限流电路
1） 按照图2连接限流线路，电源电压调至10V，负载RL调至10000Ω（即K=10），
估算最大电流，调节适当的电流表量程。
2） 闭合电源开关（如果发现电压或电流过大，要立即切断电源）。
3） 移动滑线变阻器的滑动头，其相应位置分别为X=0.00，0.10,0.20,0.30,0.40, 0.50,0.60,0.70,0.80,0.90,1.00时，测负载上的电压值写进表2中，并计算IL/I0写进表2中。
4） 调节RL为2000Ω，1000Ω，500Ω，100Ω，10Ω时，重复步骤1)-3)（注意电流表量程）。
5）用表2中的数据画出K=10,2,1,0.5,0.1时的IL/I0与X的关系曲线。
3．实验完毕，整理仪器。

【注意事项】
1. 每次改变K时，必须断开开关。
2. 使用电流表与电压表之前必须先选择合适的量程。

【数据处理】
1． 分压电路特性研究数据记录表格
表1 分压特性数据记录表 （U0=3V）
X
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.85
0.90
0.95
K=10
RL=10000Ω
UL /V

K=1 RL=1000Ω
UL /V

K=0.5 RL=500Ω
UL /V

K=0.1 RL=100Ω
UL /V

K=0.01 RL=10Ω
UL /V

2. 限流电路特性研究数据记录表格
表2 限流特性数据记录表 （U0=10V）
X
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
K=10 RL=10000Ω I0=1mA
IL/mA

K=2 RL=2000Ω I0=5mA
IL/mA

K=1 RL=1000Ω I0=10mA
IL/mA

K=0.5 RL=500Ω I0=20mA
IL/mA

K=0.1 RL=100Ω I0=100mA
IL/mA

【思考题】
在实验过程中如何确保电表不超量程？
【参考资料】
1、 教材：大学物理实验，杨广武主编，天津大学出版社2009年3月出版： P108~110：分压电路与限流电路
2、 张兆奎. 大学物理实验. 北京：高等教育出版社，2001.

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