浅析分压电路实验
摘 要：论文基于杨述武先生主编的《普通物理实验2：电磁学部分（第四版）》实验教材的内容，对分压电路实验的实验目的和实验内容做了一些分析讨论。本实验的最基本要求是了解基本仪器的性能和使用方法的；实验测量过程中关键是要注意读数时滑线变阻器的滑片C所在位置的选取；实验的难点是各参数的选取，尤其是Umax的选取。
关键词：分压电路；实验目的；实验内容
在杨述武先生主编的《普通物理实验2：电磁学部分（第四版）》实验教材中，“制流电路与分压电路实验”是作为物理学专业电磁学实验课程的第一个实验来开设的，就实验内容及要求而言，该实验能很好地衔接于中学和大学物理实验之间。关于分压电路实验的相关探讨，已有很多，大多数主要关注点在于各参量之间的关系、实验曲线、实验数据处理、电路特性、两种电路的关系与区别，两种电路的选取、能耗等方面，但在实验目的和实验内容要求方面，则鲜有讨论。本文将基于杨述武先生主编的《普通物理实验2：电磁学部分（第四版）》实验教材的内容，对分压电路实验做几点分析讨论。
一、 分压电路实验的基本原理
如图1，RZ表示负载电阻（实验中一般用电阻箱），R0表示滑线变阻器，E表示稳压直流电源，A表示电流表，K表示电路中的开关。
在滑线变阻器的滑片C由A端滑至B端的过程中，电压表的读数（即RZ两端的电压）U将由0变到E，当滑线变阻器的滑片C滑动到任一位置时，电压表的读数（即RZ两端的电压值）U为
在K取不同值的时候，分压电路的特性曲线图如图2所示。
二、 分析讨论
（一） 实验目的分析讨论
实验目的能否达到，是检验实验效果的标准，在实验前充分了解实验目的是非常重要的一个步骤。有很多学生甚至实验指导教师往往会轻视或忽略实验目的，只注重实验测量，将导致学生在做实验过程中漫无目的。
在杨述武先生主编的《普通物理实验2：电磁学部分（第四版）》实验教材中，本实验的实验目的：①了解基本仪器的性能和使用方法；②掌握分压两种电路的联结方法、性能和特点，学习检查电路故障的一般方法；③熟悉电磁学实验的操作规程和安全知识。“制流电路与分压电路实验”作为理学专业电磁学实验课程的第一个实验项目，通过本实验，必须培养学生熟悉电磁学实验的操作规程和安全知识，养成良好实验习惯，保证学生今后在做每一个其他电磁学实验项目时都必须先了解仪器的性能和使用方法。由于电磁学实验的每一个项目都离不开电路，因此检查电路故障的一般方法学生也必须了解，而在本实验中，实验电路的连接与测量仅仅是实验目的②中的部分要求。这些实验目的要求就注定本实验的内容不仅仅在于实验电路的连接与测量，将更注重基本实验技能的培养和实验安全意识的训练。
（二） 实验内容分析讨论
在实验教材《普通物理实验2：电磁学部分（第四版）》（杨述武，赵立竹等编）中，本实验的内容首先要求仔细观察电表和万用表的度盘，记录下度盘下侧的符号及数字，说明其意义，并说明所用电表的最大允许误差；记下所用电阻箱的级别，能算出电阻箱在不同示值时的最大容许电流；用万用电表检测所用滑线变阻器的全电阻是否正常。这几项实验内容正是为了实现实验目的①而设置的，并为实验目的②和③做好准备，也为培养学生规范操作其他电磁学实验项目打下基础，这部分实验内容也是后续实验内容的前提，非常重要。但学生在做实验的时候，往往轻视甚至忽略这几项实验内容，需要实验指导教师严格要求并监督好学生完成这几项内容，否则学生在进行后续实验内容的过程中，对相关参数的设置不够严谨，凭感觉随意设置，稍有不慎就会损坏仪器。
在对基本仪器的性能和使用方法充分了解之后，才要求学生测量分压电路的特性，实验教材中要求学生在K取不同值（K=2和K=0.1）的情况下，测两条特性曲线，且两条特性曲线中的Umax取同一个值。若要求Umax取同一个值，则Umax的取值问题将是本实验的难点所在。之所以要求Umax取同一个值，是为了更好的加深学生对安全用电的理解，能更好地达到实验目的③的要求，下面将对Umax的取值进行分析。
K的取值（即RZR0）为2时，RZ表示负载（即电阻箱）的阻值，R0表示滑线变阻器两个固定端之间的总阻值，如果R0=100 Ω，则RZ=200 Ω，根据所用电阻箱的参数可确定RZ取200 Ω时所能承受的最大安全电压U1，在实验测量时所选取的Umax值则应小于RZ取200 Ω时所能承受的最大安全电压U1；同时，Umax值的选取也应考虑滑线变阻器（R0）所能承受的最大安全电压，一般情况实验室用的滑线变阻器所能承受的最大安全电压都高于电阻箱所能承受的最大安全电压，因此实验测量时所选取的Umax值主要取决于RZ所能承受的最大安全电压值。同理，K取值（即RZR0）为0.1时，若R0=100 Ω，则RZ=10 Ω，同样，根据所用电阻箱的参数可确定RZ在取10 Ω时所能承受的最大安全电压U2，实验测量时所选取的Umax值同时也应该小于RZ取10 Ω时所能承受的最大安全电压U2。由于在K=2和K=0.1时，分别对应有RZ=200 Ω和RZ=10 Ω，RZ的取值不一样，则根据所用电阻箱的参数，其对应所能承受的最大安全电压U1和U2也不一样，若要求Umax取同一个值，则实验测量时所选取的Umax值应小于U1和U2中较小的一个，才能保证在整个实验过程中电阻箱两端的电压值终小于其所能承受的最大安全电压。
根据所选取的Umax确定电源电压E的取值，K=2和K=0.1时，分别对应的RZ=200 Ω和RZ=10 Ω，RZ取值不同，其所能承受的最大安全电压U1和U2也不同，但要求实验测量时所选取的Umax值低于U1和U2中较小的一个，因此K取不同值时，电源电压E取相同值，即测两条特性曲线时所用电源电压E的取值为同一个数值。
实验参数确定之后，连接电路，设置参数，电压表调到相应的量程，检查无误后，闭合开关（若发现电压表的读数过高，必须立即断开开关，重新检查电路），移动滑线变阻器的滑片C，测量10-15次以上的电压值并记录此时滑线变阻器的滑片C在标尺上对应的位置l，同时记下变阻器绕线部分的长度l0，以X=ll0（即X=RACR0）为横坐标，电压U为纵坐标，作出分压电路的特性曲线图。在测量过程中，关键要注意滑线变阻器的滑片C所在位置的选取，10-15次的测量位置必须覆盖整个滑线变阻器的长度（即X的取值是从0到1的），否则所做的X-U圖将不完整。测量过程中需同时观察电压表读数的变化情况，在滑线变阻器的滑片C在滑动的过程中，如果电压表读数变化较明显时，则测量间隔可小一些，此时多测几组数据，绘制出的X-U曲线图将更加平滑一些，曲线将更加完美。
三、 结语
对于分压电路实验，根据以上分析可知，在实验目的中首先要求学生了解基本仪器的性能和使用方法，是对学生基本实验素养的要求，非常重要，实验过程中指导教师需严格要求。实验测量时关键是强调学生注意读数时滑线变阻器的滑片C所在位置的选取。实验的难点是各参数的选取，尤其是Umax的选取，指导教师需要给学生做一定的讲解。
参考文献：
[1]孙新义.浅评制流电路研究实验的测量与数据处理[N].延安大学学报（自然科学版），1998，17（2）：67-68.
[2]张真，黄海深.限流电路和分压电路的特性[J].考试周刊，2016（61）：146.
[3]杨述武，赵立竹等.普通物理实验2：电磁学部分（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2007.
作者简介：
杨勇，副教授，贵州省安顺市，安顺学院数理学院。