借助excel讲透滑动变阻器规格的选取原则

马炜

摘 要：滑动变阻器是伏安法测电阻搭建供电电路的核心元件，它通过改变自身电阻来改变待测电阻的电流或电压，得到多组实验数据，从而对减小实验误差有重要的作用.笔者借助excel快速处理数据和描点、作图的特点，直观得看出不同规格的滑动变阻器改变电压的效果，迅速帮助学生理解选择合适滑动变阻器的原则，从而提高课堂效率.

关键词：分压;限流;线性

伏安法测电阻是中学物理实验的重要内容.是电学实验的基础，也是考试的热点.如何选择合适的滑动变阻器是该内容的重点和难点.笔者利用计算机的excel软件，借助其运算作图，提高了课堂教学效率，很好的解决了此教学难题，

1.滑动变阻器原理和构造

滑动变阻器原理是电阻定律，其电阻丝的大小随接入电阻丝的长度增加而增加.滑动变阻器在制作时是将电阻丝一圈圈缠绕在陶瓷管道上，当滑片在滑动时，接入的电阻丝长度是一匝的整数倍递增.所以滑动变阻器阻值的变化并不是连续的，而是一圈电阻丝对应电阻的整数倍发生变化.这就导致接入的电阻不是任意值，而是确定的一些值。

2.滑动变阻器的选取原则

滑动变阻器在电路中的功能是调节电压或者电流，按其连接方式分为限流式和分压式，不论以哪种方式连接对其总体要求都是：

（1）电路中测量部分电压（电流）随滑动变阻器滑片移动的距离尽量均匀得变化，也就是尽量接近线性关系，这样才能保证电路测量部分电压（电流）随滑动变阻器的调节而出现连续较大变化.

（2）确保电路安全、操作简便.

3.借助excel数据分析和描点进行辅助分析

（一）限流式

电源电动势为5V，内阻不计，待测电阻阻值为滑动变阻器的最大阻值（R）分别为1Ω、10Ω、100Ω、1000Ω进行比较.设接入的有效电阻为R1，在Excel左边第一栏输入最大阻值的十分之一，并且以这个阻值依次递增10次作为R1的值，在第二栏根据输入公式，Excel会算出相应的电压.以R1为横坐标，Ux为纵坐标，作散点图，并进行平滑连接，把四个图像进行整合，如右图所示.

从图像可以看出，选用较小的滑动变阻器，电压的变化更接近线性，但待测电阻R的电压可调范围较小，连续调节两次的电压变化较小，即电压表指针的角度变化很小，读数区分度很小，甚至造成两次读数可能相同，不利于消除测量误差.选用较大阻值的滑动变阻器，虽然电压的可调范围较大，但是电压的变化不是线性的，待测电阻的电压在较高的区域变化幅度很大，在电压较低的区域变化幅度很小，导致较高电压区域，得到的数据太少，而低压段的数据虽然多，却没有明显的区分度，仍然不利于减小实验误差.相对而言，滑动变阻器和待测电电阻相等的情况下，电压的的范围和和读数的区分度都相对较好.

因此，在滑动变阻器限流式接法中，我们选取的滑动变阻器应该和待测电阻差不多.

（二）分压式

选用的的电源电动势、滑动变阻器与讨论限流式的规格相同.设滑动变阻器左端部分的电阻为R1，R1的递增情况也和限流式相同，Excel中的第二列根据输入相应的公式，继续让Excel算出待测电阻两端的电压.仍以R1为横坐标，Ux为纵坐标，画散点图，并进行平滑连接，把四个图像进行整合，如右图所示。.

从图像可以看出分压式接法电压的调节范围都是从0到5v（最大值）.滑动变阻器越小，待测电阻两端电压的变化越接近线性，即待测电阻两端电压随滑片滑动的距离均匀地变化，电压表角度改变较为均匀和明显，读出的数据区分度较大，有利于减小实验误差.而滑动变阻器较大时，数据点的分布明显不是线性，电压较低时，数据点较多，过于集中，区分度较小，甚至肉眼无法辨别两次的差别.电压较高时，数据点较少，变化幅度太大，因此无法得到多组数据，不利于减小实验误差，甚至无法进行实验.

因此，在滑动变阻器分压式接法中，选取的滑动变阻器应和待测电阻差不多或者比待测电阻更小.

4.总结

利用Excel描点作图是对实际操作的模拟，教师带领学生经历过此探究过程，让学生不仅知道其然，更知道了所以然，突破了难点的.学生还能体会到借助计算机辅助处理的重要性，有助于培养他们运用信息技术的意识和能力，最终达到提升学生物理学科核心素养.

参考文献

[1]王树立，魏志如.浅谈中学物理实验中滑动变阻器的选取.物理通报，1995（12）

[2]雷广，高中物理电学实验中滑動变阻器的选取.物理教学探讨，20080）