變阻器的分壓式接法中，該選擇總阻值為多少的變阻器呢

摘 要：普通高中物理新課程標(biāo)準(zhǔn)明確指出，在物理教學(xué)中要“突出物理學(xué)科特點(diǎn)，發(fā)揮實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中的重要作用。在進(jìn)行學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)該讓學(xué)生在明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，理解?shí)驗(yàn)原理的前提下獨(dú)立操作實(shí)驗(yàn)。”根據(jù)這一要求，著重分析電學(xué)實(shí)驗(yàn)中控制電路兩種連接方式中分壓式接法的變阻器的選取。

關(guān)鍵詞：滑動(dòng)變阻器；分壓式接法；控制電路

所謂“分壓式電路”，即讓控制電路與滑動(dòng)變阻器的一部分電阻并聯(lián)，通過(guò)滑動(dòng)變阻器的滑片來(lái)改變與控制電路并聯(lián)部分電阻的阻值，從而改變控制電路的電壓的一種電路連接方式。

電路圖如圖所示。則由電路可以看出，若P在a端，燈泡電壓U=0；P向右滑動(dòng)的過(guò)程中，U逐漸增大；當(dāng)P在b端時(shí)，U=E。不難看出，燈泡L兩端電壓的變化范圍在0～E之間。如果燈泡L的額定電壓為U0，則L兩端電壓在0～U0之間。

與限流式接法相比，分壓式接法中，控制電路的電壓調(diào)節(jié)范圍更大。這樣就能取得更多組測(cè)量數(shù)據(jù)，以減小誤差，所以，分壓式接法用得更多。下列幾種情況必須選用分壓接法。

1.要求被控制電路的電流（或電壓）從零開(kāi)始可連續(xù)調(diào)節(jié)時(shí)（如：測(cè)定導(dǎo)體的伏安特性曲線等電路）；

2.被控制電路的電阻R遠(yuǎn)大于滑動(dòng)變阻器的最大值R0時(shí)；

3.實(shí)驗(yàn)要求的電壓變化范圍較大時(shí)（或要求測(cè)量多組數(shù)據(jù)）；

4.若采用限流接法，電路中實(shí)際電壓（或電流）的最小值仍超過(guò)電表或電器的額定值時(shí)。

以上內(nèi)容對(duì)何時(shí)選取分壓式接法已經(jīng)作了明確的表述，而且類似的內(nèi)容在各種資料上也不難找到，但是對(duì)于應(yīng)該選擇怎樣的滑動(dòng)變阻器，到底該選擇總阻值大的還是小的，為什么？各大參考資料上卻不詳談，只用寥寥幾個(gè)字，一筆帶過(guò)，因?yàn)橄胍堰@個(gè)問(wèn)題表述清楚，并非易事！這樣就給廣大師生在理解上帶來(lái)了不少麻煩。

本文就是著眼于此，做了如下的研究。

本文主要是研究變阻器的接法，不研究電流表的內(nèi)外接法，所以不妨把電表都看作理想電表，于是，控制電路的阻值就是燈泡的電阻RL。把滑動(dòng)變阻器左半部分的電阻記為R左，右半部分的電阻R右，根據(jù)串并聯(lián)電路的知識(shí)可知，上面分壓式電路為【（RL并聯(lián)R左）串聯(lián)R右】，根據(jù)串聯(lián)電路的特點(diǎn)，各電阻所得的電壓與電阻值成正比，可求得并聯(lián)部分的電壓為

下面利用控制變量法，控制燈泡的阻值不變，通過(guò)改變滑動(dòng)變阻器的總阻值，然后滑動(dòng)變阻器的滑片P來(lái)改變控制電路的電壓，當(dāng)R左不同時(shí)，得到不一樣的U并，描點(diǎn)作圖，得出規(guī)律。

在上述“描繪小燈泡的伏安特性曲線”的實(shí)驗(yàn)電路圖中，設(shè)電源電動(dòng)勢(shì)為E=10V，小燈泡的阻值RL約為10Ω，滑動(dòng)變阻器的總長(zhǎng)度為l=10cm，aP長(zhǎng)度為x（0≤x≤l），則R左=·R，R為滑動(dòng)變阻器的總阻值。

①當(dāng)R=0.01Ω時(shí)，所測(cè)數(shù)據(jù)如下表所示：

同理，可以求出②當(dāng)R=1Ω時(shí)，③當(dāng)R=10Ω時(shí)，④當(dāng)R=100Ω時(shí)，⑤當(dāng)R=10kΩ時(shí)，各組數(shù)據(jù)。

把上面各組數(shù)據(jù)，在同一坐標(biāo)系里面描點(diǎn)作圖，得到如下圖曲線。

對(duì)比各條圖線可知：當(dāng)RRL時(shí)，R值越大，越彎曲，表明U隨x的變化越不均勻。分壓式接法的優(yōu)勢(shì)即在于控制電路能夠取得足夠大的電壓范圍，能取得盡可能多組數(shù)據(jù)，從而最大限度地減小誤差，如果像圖中圖線⑤這樣，能夠取得的有效數(shù)據(jù)非常少，完全沒(méi)有了分壓式接法的優(yōu)勢(shì)了。

根據(jù)圖線可得出結(jié)論：當(dāng)R>10RL時(shí)，已經(jīng)沒(méi)有了分壓式接法的優(yōu)勢(shì)了；當(dāng)R<10RL時(shí)，可以取得比較多的有效的數(shù)據(jù)，尤其當(dāng)R≤RL時(shí)，U隨X接近作線性變化。所以，利用分壓式接法時(shí)，在條件允許的情況下，應(yīng)當(dāng)選擇R≤RL的變阻器，這樣能盡可能的減小誤差，更能體現(xiàn)分壓式接法的優(yōu)越性！

總之，本文針對(duì)學(xué)生在學(xué)習(xí)變阻器的分壓式接法的過(guò)程中，對(duì)比較難于理解，而課本及相關(guān)參考資料又未作詳細(xì)解釋的地方展開(kāi)了討論。對(duì)應(yīng)該要選擇怎么樣的滑動(dòng)阻器的問(wèn)題，進(jìn)行了研究分析，通過(guò)描點(diǎn)作圖、比較分析得出了結(jié)論。希望能給讀者帶來(lái)些許幫助，不到之處還請(qǐng)批評(píng)指正。

參考文獻(xiàn)：

趙慶金.電學(xué)實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器兩種連接方式的選擇[J].數(shù)理化學(xué)習(xí)：高中版，2011（10）.

作者簡(jiǎn)介：周冬林，男，碩士，就職于廣西壯族自治區(qū)南寧二中，研究方向：理論物理。