淺析電學(xué)實(shí)驗(yàn)中如何選擇滑動(dòng)變阻器

陳 俊

(南京市第九中學(xué) 江蘇 南京 210018)

電學(xué)實(shí)驗(yàn)是高中物理實(shí)驗(yàn)中很重要的一部分內(nèi)容，也是高考物理實(shí)驗(yàn)部分的重點(diǎn)和難點(diǎn).電學(xué)實(shí)驗(yàn)的考查主要集中在電路的設(shè)計(jì)和選擇、儀器的選擇等.而滑動(dòng)變阻器的合理選擇則是電學(xué)實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)難點(diǎn).那么在電學(xué)實(shí)驗(yàn)中該如何選擇滑動(dòng)變阻器及滑動(dòng)變阻器接入電路中的方式呢？

在實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器通常用來(lái)控制和調(diào)節(jié)某一段電路或某個(gè)用電器兩端的電壓或通過(guò)電路的電流，所以通常是連接在控制電路中.在控制電路中，滑動(dòng)變阻器的連接方式有兩種：限流接法和分壓接法.

1 限流接法

圖1所示的電路為滑動(dòng)變阻器的限流接法.電源電動(dòng)勢(shì)為E(內(nèi)阻不計(jì)).滑動(dòng)變阻器的最大阻值為R0，被測(cè)電阻的阻值為R.閉合開關(guān)后，R兩端的電壓為

其可調(diào)范圍為

圖1

限流接法的特點(diǎn)是連接簡(jiǎn)單，始終只有部分電阻接入到電路中，在變阻器上消耗的能量相對(duì)而言比較少，但是電壓調(diào)節(jié)范圍不大.在對(duì)電壓的調(diào)節(jié)要求不高的情況下可以選用.

滑動(dòng)變阻器采用限流接法連接到電路中時(shí)，選取多大的變阻器比較合適呢？

假設(shè)R=100Ω(電源電動(dòng)勢(shì)E=1V，內(nèi)阻不計(jì))

(1)如果R0的最大值為10Ω，則整個(gè)電路中的電阻的變化范圍為100～110Ω，電阻R兩端的電壓U隨Rx的變化情況如圖2所示.

圖2

從圖中可以看出，電阻R兩端的電壓U只在0.9V至1.0V之間調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍很小，不能起到控制電路的作用.

(2)如果R0的最大值為100Ω，電阻R兩端的電壓U隨Rx的變化情況如圖3所示.

圖3

從圖中可以看出，電阻R兩端的電壓U大概在0.5V至1.0V之間調(diào)節(jié)，電壓變化比較平穩(wěn)，能較好地起到控制電路的作用，但是電壓的調(diào)節(jié)范圍比較窄.

(3)如果R0的最大值為500Ω，電阻R兩端的電壓U隨Rx的變化情況如圖4所示.

圖4

從圖中可以看出，電阻R兩端的電壓U大概在0.1V至1.0V之間調(diào)節(jié)，電壓的調(diào)節(jié)范圍比較寬，電壓變化比較平穩(wěn)，能較好地起到控制電路的作用.

(4)如果R0的最大值為1 000Ω，電阻R兩端的電壓U隨Rx的變化情況如圖5所示.

圖5

從圖5中可以看出，電阻R兩端的電壓U在0.1V至1.0V之間調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍寬，但是通過(guò)分析圖線可以看出，在Rx較小時(shí)，電壓變化很快，例如從零變到100Ω的10%的變化過(guò)程中，電壓從1V變化為0.5V，而在剩下的90%的調(diào)節(jié)過(guò)程中，電壓從0.5V變到約0.1V，這樣帶來(lái)的結(jié)果是滑動(dòng)變阻器不易控制，調(diào)節(jié)起來(lái)很難提高精確度，不能起到控制電路的作用.

綜上所述，當(dāng)R0與R的阻值比較接近時(shí)，避開了電壓調(diào)節(jié)范圍過(guò)小和調(diào)節(jié)精度過(guò)低的缺陷，R0介于2R到5R之間時(shí)，限流作用效果好且操作方便,故較為合適.

2 分壓接法

圖6所示的電路為滑動(dòng)變阻器的分壓接法.電源電動(dòng)勢(shì)為E(內(nèi)阻不計(jì))，滑動(dòng)變阻器的最大阻值為R0，被測(cè)電阻的阻值為R.閉合開關(guān)后，R兩端的電壓為

其可調(diào)范圍為0～E.

圖6

分壓接法的特點(diǎn)是滑動(dòng)變阻器全部接入到電路中，在變阻器上消耗的能量相對(duì)而言較多，但是電壓調(diào)節(jié)范圍大.在對(duì)電壓的調(diào)節(jié)要求范圍較寬的情況下優(yōu)先選用，特別是對(duì)于要求電壓從零開始調(diào)節(jié)時(shí)，只能選用分壓接法.

滑動(dòng)變阻器采用分壓接法連接到電路中時(shí)，選取多大的變阻器比較合適呢？

假設(shè)R=100Ω(電源電動(dòng)勢(shì)E=1V，內(nèi)阻不計(jì))

(1)如果R0的最大值為10Ω，電阻R兩端的電壓U隨Rx的變化情況如圖7所示.

圖7

從圖中可以看出，電阻R兩端的電壓U隨變阻器電阻的阻值變化幾乎呈線性關(guān)系，能很好地起到控制電路的作用.

(2)如果R0的最大值為50Ω，電阻R兩端的電壓U隨Rx的變化情況如圖8所示.

圖8

從圖中可以看出，電阻R兩端的電壓U隨變阻器電阻的阻值變化較平穩(wěn)，能很好地控制電路.

(3)如果R0的最大值為100Ω，電阻R兩端的電壓U隨Rx的變化情況如圖9所示.

圖9

從圖中可以看出，電阻R兩端的電壓U隨變阻器電阻的阻值變化較平穩(wěn)，也能起到較好的控制電路的作用.

(4)如果R0的最大值為1 000Ω，電阻R兩端的

電壓U隨Rx的變化情況如圖10所示.

圖10

從圖中可以看出，電壓U隨滑動(dòng)變阻器的阻值變化情況為：在0～900Ω的調(diào)節(jié)過(guò)程中，電壓由零變化到約0.5V；而在剩下的900～1 000Ω的調(diào)節(jié)過(guò)程中，電壓由約0.5V變到1V，在實(shí)驗(yàn)中這樣帶來(lái)的結(jié)果是滑動(dòng)變阻器不易控制，調(diào)節(jié)起來(lái)很難提高精確度，不能起到控制電路的作用.

當(dāng)然，因?yàn)榉謮航臃ㄖ凶冏杵魅孔柚到釉陔娐分?，電路消耗的能量較大，還要考慮到滑動(dòng)變阻器允許通過(guò)的最大電流的限制.

綜上所述，在其他條件滿足的前提下，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的阻值比待測(cè)電阻的阻值小時(shí)，避開了滑動(dòng)變阻器不易控制帶來(lái)調(diào)節(jié)精度過(guò)低的缺陷，R0介于0.1 R到0.5 R之間，分壓線性效果好且操作方便，適合選用.