摘要：本文利用DISLab对数据的实时采集功能和EXCEL软件的数据处理分析功能，探究滑动变阻器对电路的控制作用和在不同的负载下滑动变阻器的调控效果。

　　关键词：数字化信息系统实验室　滑动变阻器　数据处理

　　一、引言

　　滑动变阻器是电学实验中重要的控制元件，通过它改变电路中的阻值来控制负载的电流或电压。大部分文献中讨论滑动变阻器对电路的控制作用时都将滑动变阻器与负载接在不计内阻的恒压电源上。本文将从实验角度以中学物理电学实验中常用的20Ω、2A规格的滑动变阻器为研究对象，充分利用DISLab实验系统中数据实时采集功能和EXCEL软件强大的数据处理分析功能，探究采用限流式或分压式接入电路的滑动变阻器对电路的控制作用和在不同的负载下滑动变阻器的调控效果。

　　二、基于DISLab的实验

　　1．DISLab系统

　　DISLab即数字信息系统实验室（Digital Information System Laboratory）。它是在传统的实验室仪器设备的基础上，通过加载智能化的传感器、数据采集器和实验分析软件包构成的新型实验系统。

　　DISLab主要由以下三部分组成：（1）智能传感器；（2）数据采集设备；（3）计算机及其分析处理软件。

　　DISLab有以下特点：（1）DISLab改变了传统实验过程中对实验信息与数据的感知方式和采集方式，使实验采集的数据更精确。（2）DISLab通过计算机和分析处理软件为工具，改变了实验数据的处理方式和结果表达方式，使结果的表达更丰富。（3）改变了传统实验教学模式。从表面上看DIS实验减少了动手操作，但对烦琐的数据处理进行了整合，实现了数据采集、处理、描述同步进行的实时实验模式，大大增加了智慧操作的程度，而且学生有更多的时间开展探究活动。

DISLab是信息技术在理科实验中的重要应用。它的应用主要是基于新课程的理念与思想，即培养学生运用信息技术的能力，培养学生利用现代传感技术、计算机技术等工具开展实验进行探究的能力。通过运用DISLab可以节省时间、提高效率，以便学生能更加集中精力和有更多的时间去观察、思考和探究，去培养学习的方法和科学精神。

　　2．实验装置

　　实验装置主要由DIS（电流传感器、电压传感器、数据采集器、数据线）、计算机、电阻箱、两节干电池（1．5v）滑动变阻器（20Ω、2A）、开关、导线等组成。将以上实验仪器分别按图1和图2连接成限流式和分压式。在实验之前要特别注意对电流传感器与电压传感器进行调零。

　　3．实验数据采集：

　　（1）启动DISab通用扩展软件，在工具栏中点击“计算表格”图标，建立记录数据的表格。

　　（2）设置负载阻值为1Ω和自动采集数据时间“0．5s”，点击自动记录下“开始”命令，闭合电路开关，从滑动变阻器的左端缓慢的移动滑片P。

　　（3）点击“公式”，调用电磁学公式库中的“伏安法测电阻公式”，计算出R_AP阻值。

　　（3）通过变阻箱改变负载电阻的阻值，限流式中R_x分别取10Ω、20Ω、40Ω、100Ω；分压式中R_x分别取0．2Ω，1Ω，10Ω，40Ω，400Ω。重复步骤（2）、（3）。

　　最后得到如图所示的实验数据。

　　三、实验数据处理

　　由于DISab通用扩展软件只能对数据点按规律拟合而不能对数据点直接连线，所以利用EXCEL数据处理软件对已采集的数据进行分析。

　　（1）在EXCEL工具栏中点击“图表向导”图标，选择图表类型“XY散点图”，子图表类型“无数据点平滑散点图”。

　　（2）添加系列和源数据，分别以R_AP、I作为X轴和Y轴的源数据，作出负载电流随滑片移动时的变化图线。

　　（3）在已画出的图表上右击，重复步骤（2），作出如下图所示不同负载电阻下I－R_AP图线。

　　（4）重复（1）、（2）、（3），作出如上图所示的分压式负载电压随滑片移动时的变化的U－R_AP图线。

　　四、实验结果分析

　　1．限流式

　　（1）滑动变阻器对负载电流的调节不能从零开始，并且由于电源内阻对整个电路的影响，滑动变阻器对不同负载的电流调节范围存在差异。

　　（2）当负载电阻相对于滑动变阻器较小时（Rx=1Ω），滑动变阻器对负载电阻的调节范围比较大，但开始调节时电流变化太大，调节比较困难。

　　（3）当负载电阻相对于滑动变阻器较大时（Rx=40Ω、100Ω），滑动变阻器对负载电阻电流的调节范围很小。

　　因此若采用滑动变阻器控制电路时，限流式接法中选择的滑动变阻器相对于负载电阻而言既不能太大也不能太小，滑动变阻器太大虽然调节范围大但调节效果较差；滑动变阻器太小虽然电压电流能成线性变化但调节调节范围小。

　　2．分压式

　　1．滑动变阻器对负载电压的调节从零开始。

　　2．当负载电阻相对于滑动变阻器较小时（Rx=0．2Ω、1Ω），考虑到电源内阻对整个电路的影响，虽然可从零开始调节但滑动变阻器对负载电压的调节范围较小。

　　3．当负载电阻相对于滑动变阻器较大时（Rx=400Ω），滑动变阻器对负载电阻的调节效果相当好，调节的电压电流几乎随RAP线性变化。

　　因此滑动变阻器接入电路时，若采用分压式接法控制电路中的电流，选择的滑动变阻器相对于负载电阻而言小些较好，但滑动变阻器的阻值也不能太小，否则通过滑动变阻器的电流很大，此时滑动变阻器将要消耗了电路中的大部分能量。

　　五、结语

　　利用DIS技术和EXCEL软件的数据分析功能，将滑动变阻器教学由传统的理论分析变为实验探究，学生将体验到科学探究过程，学习科学研究方法，同时也提高了学生的信息处理能力。