高考物理中滑動(dòng)變阻器的限流式接法探討

(1．浙江省永嘉縣上塘中學(xué)，浙江 永嘉 325100；2．北京市第八十中學(xué)，北京 100102)

1 滑動(dòng)變阻器的接法

電學(xué)實(shí)驗(yàn)的高頻考點(diǎn)出現(xiàn)在《恒定電流》這一章，其中“滑動(dòng)變阻器的接法”是必須掌握的知識(shí)要點(diǎn).滑動(dòng)變阻器的接法有分壓式接法和限流式接法兩種.如圖所示的兩種電路中，滑動(dòng)變阻器(最大阻值為R0)對負(fù)載RL的電壓、電流強(qiáng)度都起控制調(diào)節(jié)作用，通常把圖1電路稱為滑動(dòng)變阻器限流式接法，圖2電路稱為滑動(dòng)變阻器分壓式接法.

圖1

圖2

2 變阻器限流式接法的選用

絕大部分高中生在初中階段就已經(jīng)掌握了滑動(dòng)變阻器的限流式接法，而滑動(dòng)變阻器的分壓式接法是高二才出現(xiàn)的新知識(shí).正因?yàn)榛瑒?dòng)變阻器的分壓式接法在高中才出現(xiàn)，所以事實(shí)上常見的高中物理習(xí)題中滑動(dòng)變阻器80%以上采用分壓式接法.

例1(2014年天津)：現(xiàn)要測量一個(gè)未知電阻Rx的阻值，除Rx外可用的器材有：多用電表(僅可使用歐姆擋)，一個(gè)電池組E(電動(dòng)勢6V)，一個(gè)滑動(dòng)變阻器R(0～20Ω，額定電流1A)，兩個(gè)相同的電流表G(內(nèi)阻Rg=1000Ω，滿偏電流Ig=100μA)，兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電阻(R1=29000Ω，R2=0.1Ω)，一個(gè)電鍵S、導(dǎo)線若干.

①為了設(shè)計(jì)電路，先用多用電表的歐姆擋粗測未知電阻，采用“×10”擋，調(diào)零后測量該電阻，發(fā)現(xiàn)指針偏轉(zhuǎn)非常大，最后幾乎緊挨滿偏刻度停下來，下列判斷和做法正確的是( ).

A．這個(gè)電阻阻值很小，估計(jì)只有幾歐姆

B．這個(gè)電阻阻值很大，估計(jì)有幾千歐姆

C．如需進(jìn)一步測量可換“×1”擋，調(diào)零后測量

D．如需進(jìn)一步測量可換“×1k”擋，調(diào)零后測量

②根據(jù)粗測的判斷，設(shè)計(jì)一個(gè)測量電路，要求測量盡量準(zhǔn)確并使電路能耗較小，畫出實(shí)驗(yàn)電路圖，并將各元件字母代碼標(biāo)在元件的符號(hào)旁.

解析：①因?yàn)殡姳碇羔槑缀鯘M偏，可知所測電阻很小，只有幾歐姆，所以選項(xiàng)A正確、B錯(cuò)誤.根據(jù)歐姆表的特點(diǎn)，若要進(jìn)一步精確測量，應(yīng)換用小倍率，并重新進(jìn)行歐姆調(diào)零，所以C選項(xiàng)正確、D錯(cuò)誤.

②根據(jù)伏安法測電阻原理和串、并聯(lián)電路規(guī)律，可將電流表串聯(lián)電阻R1后測量電壓，另一個(gè)電流表并聯(lián)R2后測量電壓，題目要求能耗較小，故變阻器采用限流式接法，所以電路設(shè)計(jì)如圖3所示.

圖3

圖4

例2(2014年山東)：實(shí)驗(yàn)室購買了一捆標(biāo)稱長度為100m的銅導(dǎo)線，某同學(xué)想通過實(shí)驗(yàn)測其實(shí)際長度.該同學(xué)首先測得導(dǎo)線橫截面積為1.0mm2，查得銅的電阻率為1.7×108Ω·m，再利用圖4甲所示電路測出銅導(dǎo)線的電阻Rx，從而確定導(dǎo)線的實(shí)際長度.可供使用的器材有：

電流表：量程0.6A，內(nèi)阻約0.2Ω；

電壓表：量程3V，內(nèi)阻約9kΩ；

滑動(dòng)變阻器R1：最大阻值5Ω；

滑動(dòng)變阻器R2：最大阻值20Ω；

定值電阻：R0=3Ω；

電源：電動(dòng)勢6V，內(nèi)阻可不計(jì)；開關(guān)、導(dǎo)線若干.

回答下列問題：

(1)實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器應(yīng)選(填“R1”或“R2”)，閉合開關(guān)S前應(yīng)將滑片移至端(填“a”或“b”).

(2)在實(shí)物圖6中，已正確連接了部分導(dǎo)線，請根據(jù)圖4電路完成剩余部分的連接.

圖5

(3)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，當(dāng)電流表的讀數(shù)為0.5A時(shí)，電壓表示數(shù)如圖5所示，讀數(shù)為V.

(4)導(dǎo)線實(shí)際長度為m(保留2位有效數(shù)字).

圖6

(2)根據(jù)電路圖4，變阻器采用了限流式接法，連接實(shí)物如圖7所示.

圖7

(3)電壓表讀數(shù)為2.3V.

3 總結(jié)

滑動(dòng)變阻器的兩種接法各有特點(diǎn)，滑動(dòng)變阻器以什么形式連入電路，首先應(yīng)考慮安全，其次是考慮誤差.安全因素應(yīng)考慮各電表的讀數(shù)不能超過量程，電阻類元件的電流不能超過其最大允許電流等；減少誤差一般應(yīng)要求各電表的實(shí)際讀數(shù)不小于量程的1/3.

滑動(dòng)變阻器采用限流接法的適用情況是：①測量時(shí)電路電流或電壓沒有要求從零開始連續(xù)調(diào)節(jié)，只是小范圍內(nèi)測量，且R1與R0接近；②電源的放電電流或滑動(dòng)變阻器的額定電流太小，不能滿足分壓式接法的要求時(shí)；③沒有很高的要求，僅從安全性和精確性角度分析兩者均可采用時(shí).

參考文獻(xiàn)：

錢呈祥.滑動(dòng)變阻器選擇接法的方法和技巧[J].中小學(xué)實(shí)驗(yàn)與設(shè)備，2012，(1).