用“等势线描绘实验器”制作电位器

施朝群 朱向阳

(江西省信丰中学,江西信丰 341600)

高二《物理》学生分组实验——把电流表改装为电压表,实验首先要采用“半偏法”测出电流表的内阻,然后再把电流表改装为电压表.在该实验的教学中,发现学生用市售电位器做“半偏法”测电流表的内阻时,有些电位器由于频繁旋动旋钮,使电位器里的电阻膜损伤,导致电流表指针难于稳定在满偏刻度线上.损伤后的电位器无法修复,只有更换新的电位器,才能完成实验,如无备用电位器,将影响实验的继续进行.为解决这一问题,笔者用“等势线描绘实验器”制作成简易的自制电位器.自制电位器用于该实验不但能替代市售电位器,而且其实验使用效果明显优于市售电位器.现把自制电位器的制作方法介绍如下,供大家参考.

1 制作材料

J2135型等势线描绘实验器,长 10 cm、宽1.2 cm的铜片(或铝片),牛皮纸,2B铅笔.

2 制作方法

用等势线描绘实验器的底板作电位器的基座,用1张牛皮纸(牛皮纸面积与底板面积等大或略小)作电阻膜纸基,在纸面中央相距7 cm的位置处分别钻个螺丝孔,把纸基放在基座上,纸基的2个螺丝孔分别套在基座的螺丝上.用2B铅笔在纸基左边的螺丝孔周围涂上石墨(大小如同圆柱形铜电极的横切面积),并沿2孔连线方向涂上3 cm长的石墨(宽度5 mm左右)作电路的保护电阻.把圆柱形铜电极套在螺丝上,并用螺母拧紧,使铜电极与石墨电阻膜接触良好,如图1所示.

图1

把铜片的一端用砂轮或锉刀打磨成锥形,锥尖再用细砂布打磨光滑(使用时不会划破牛皮纸),然后用尖嘴钳把锥尖向下弯折45°,使其成为电位器的可动触点,铜片的另端向上折起1 cm作旋转手把,再用电钻在铜片上距离锥尖5 cm处开个螺丝孔,使其制作成金属转动片,安装时应按照塑料垫片(用塑料薄片剪制而成)、金属垫片、金属转动片、铜电极和螺母的顺序,把金属转动片安装在螺丝上,如图1所示.

转动金属转动片,使其锥尖在纸基上“电路的保护电阻”膜处开始顺时针旋转60°,并在纸基上划出锥尖移动轨迹,再用2B铅笔在轨迹上涂上石墨作电阻膜,电阻膜的面积先可小些,在实验时,如果转动金属转动片电阻变化太大,可再用铅笔把石墨面积加宽,使石墨电阻膜的最大阻值略大于50 kΩ,如图1所示.

制成后的“电位器”实际上就是1个高阻值的滑动变阻器.在使用时,通过转动金属转动片使石墨电阻膜联入电路的长度发生改变,从而使其联入电路的电阻发生改变.

3 实验方法

(1)图2是“半偏法”测电流表内阻 rg的电路原理图.按图2所示的电路原理图连接实物电路,其中R为自制电位器(自制电位器联入电路时,用带鳄鱼夹的导线直接夹在铜螺母上),R′为电阻箱,电源电压为直流 12 V.电路连接时各开关均断开.

图2

(2)转动金属转动片使R的可动触点处在石墨电阻层最大电阻的位置处,然后闭合开关S1,调整 R的阻值,使电流表指针偏转到满刻度.再闭合开关S2,调整R′的阻值,使电流表指针偏转到正好是满刻度的一半.因R(约50 kΩ)比 R′(约 500 Ω)大得多(100倍以上),可以认为 rg=R′.

4 自制电位器的优点

(1)“自制电位器”多次使用后,也可能会出现触点电阻不稳定使电流表的指针难于稳定在满偏刻度线上的现象,但只需用铅笔在电阻膜上重新填涂石墨,问题便得以解决,与市售电位器无法修复相比,是“自制电位器”的最大优点.

(2)“自制电位器”设计有1段“电路保护电阻”,可防止学生因不明确电位器极值位置时,造成电路短路而烧坏电流表的现象发生.

(3)由于“自制电位器”的开放性结构,其电阻膜和滑动片等核心部件的完全暴露,消除了学生对市售电位器的神秘感,有利于培养学生动手、动脑的实验能力.