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连接方法、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R_L并联后，再与R₂串联：  

 

因此，回路的总电流I为  

                                   （1）  

而R_L上的电压U_L即为  

        （2）  

对于一定的电源E和负载R_L，U_L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U_L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R_L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R_L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R_L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U_L/U₀写进表1中。  

4） 调节R_L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U_L/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R_L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I_L/I₀写进表2中。  

4） 调节R_L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I_L/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）  

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）  

【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.