初中物理常見變阻器的類型與作用分析

蔣華奇

[摘? ?要]變阻器在動態(tài)電路、電學實驗、電阻特殊測量中有著廣泛的運用，只是變阻器在不同電路中扮演著不同的角色。為此，文章結(jié)合教學實踐對變阻器的類型及作用進行分析。

[關(guān)鍵詞]變阻器;作用;電學實驗

[中圖分類號]? ? G633.7? ? ? ? [文獻標識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2021）05-0059-02

在電學學習中，變阻器是必不可少的器材，可以說變阻器貫穿整個電學學習的始終，在電學的動態(tài)電路、電學實驗、電阻的特殊測量中都有廣泛的應(yīng)用，只是變阻器在不同電路中所起的作用不同。為此，下面對變阻器的類型及其作用進行分析。

一、變阻器的類型和區(qū)別

初中物理電學教學中常見的變阻器有滑動變阻器和電阻箱，如圖1所示，它們大多數(shù)是通過改變接入電路中電阻絲的長度改變電阻，從而改變電路中的電流和電壓，有時還起到保護電路的作用，不過滑動變阻器和電阻箱在改變電阻和讀數(shù)方面各有優(yōu)缺點，如表1所示。對電阻箱的讀數(shù)方法：各旋盤對應(yīng)的指示點（Δ）的示數(shù)乘面板上標記的倍數(shù)，然后加在一起，就是接入電路的阻值，而滑動變阻器則不能直接讀出其接入電路的阻值。

二、滑動變阻器的作用

1.滑動變阻器在動態(tài)電路中的作用

將滑動變阻器接入電路中，通過移動滑動變阻的器滑片改變電路中的電阻，進而改變電路中的電流、電壓等物理量，形成動態(tài)電路。形成的動態(tài)電路問題不僅是電學中一種重要題型，更是設(shè)計動態(tài)電路問題的原型，如圖2是將電流表改裝成油量表的電路中，將滑動變阻器串聯(lián)接入電路，通過滑動變阻器滑片的移動改變電路中的電流，即可顯示油量表示數(shù)的大小變化;又如測量身高的電子身高測量儀，如圖3所示，該裝置的核心元件是滑動變阻器R2，當被測者身高增加時，滑動變阻器R2阻值增大，根據(jù)串聯(lián)電路分壓原理[R1R2=U1U2]可知，U2增大，電壓表示數(shù)變大，即電子身高測量儀表讀數(shù)變大。

2.滑動變阻器在電學實驗中的作用

電學實驗中經(jīng)常要使用滑動變阻器，變阻器在不同實驗中作用有所不同。下面對教材中幾個典型實驗中滑動變阻器的作用進行簡單歸納，如表2 所示，以便學生更清晰地認識滑動變阻器。

3.將滑動變阻器當成定值電阻使用

滑動變阻器在伏安法測電阻實驗中的作用不僅僅限于表2中的介紹，更重要的是可以利用滑動變阻器最大值這個已知條件，在缺少電流表或電壓表的情況下，將滑動變阻器當成定值電阻使用。

如圖4所示是缺電流表的類型，利用電壓表和滑動變阻器來測量Rx的阻值。

操作步驟：（1）將滑動變阻器滑片P移到a端，記下電壓表的示數(shù)為U1，即電源電壓為U1;

（2）將滑動變阻器滑片P移到b端，記下電壓表的示數(shù)為U2，則此時滑動變阻器R0的電壓為U1-U2;

（3）利用串聯(lián)電路分壓原理可得[RxR0=U2U1-U2]，即[Rx=U2U1-U2?R0]。

如圖5所示是缺電壓表的類型，利用電流表與滑動變阻器來測量Rx的阻值。

操作步驟：（1）將滑動變阻器滑片P移到a端，記下電流表的示數(shù)I1，則電源電壓為U=I1·Rx;

（2） 將滑動變阻器滑片P移到b端，記下電流表的示數(shù)I2，則電源電壓為U=I2·（Rx+R0）。

則I1·Rx= I2·（Rx+R0），即[Rx=I2I1-I2?R0]。

4.滑動變阻器在電學中的特殊作用

滑動變阻器接入電路的電表改裝問題，往往涉及改裝儀表刻度是否均勻問題，處理這種問題的關(guān)鍵是看儀表刻度對應(yīng)的物理量與被測物理量是否呈線性關(guān)系，即符合[y=kx]或[y=kx+b]，這樣的儀表刻度是均勻的，否則，儀表刻度是不均勻的。

[例題]（2019年浙江杭州，節(jié)選）小金在將電流表改裝成可直接測電阻的儀表，如圖6為設(shè)計電路，將待測電阻接在M、N中。若電流表（0～0.6 A），U=12 V，問：

（4）改裝后可直接測電阻，其表盤刻度? ? ? ? ?（選填“均勻”或“不均勻”），理由是? ?。

解析：本題重點談電表改裝問題中的儀表刻度是否均勻問題，因此，暫且拋開前面3問。當用導線連接MN，移動滑片P使電流表示數(shù)為I=0.6 A，此時[Rp=UI=12 V0.6 A=20 Ω];保持滑片P位置不動，在MN間分別接上不同待測電阻Rx，根據(jù)歐姆定律可以得出此時電路中電流為[I=URp+Rx=1220+Rx]，從I-Rx表達式可以看出，待測電阻Rx與對應(yīng)電流I不成線性關(guān)系，因此，此表盤刻度是不均勻的。

三、電阻箱的作用

電阻箱不僅可以改變電路中阻值大小，而且由于能夠準確讀出接入電路中電阻的大小，因此，電阻箱可以當成能夠改變阻值的定值電阻。所以，電阻箱可以在電學實驗中發(fā)揮重要作用，還可以為探究物理問題提供思想方法，如等效替代法，如圖7所示，利用等效替代法可以測量電阻Rx的阻值，即閉合開關(guān)S、S2，調(diào)節(jié)滑動變阻器R的阻值，使電流表示數(shù)為I，再斷開S2，閉合S1，保持滑動變阻器滑片位置不變，調(diào)節(jié)電阻箱阻值大小為R0，使電流表示數(shù)還為I，則Rx= R0。

變阻器的作用遠不止以上所提到的，這就需要學生在平時學習中多歸納總結(jié)[1]，抓住變阻器在電路變化中的本質(zhì)作用。教師要引導學生從知識學習走向知識遷移、素養(yǎng)提升[2]，從而使學生深刻理解變阻器的作用，并能靈活運用。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?]

[1]? 侯中柱. 賞電學規(guī)律 品功率變化 [J].數(shù)理化學習（初中版），2017（12）：41-43.

[2]? 印曉明，陳坤.中美高中主流物理教材在“光學”部分內(nèi)容呈現(xiàn)的差異與啟示：基于培養(yǎng)學生科學領(lǐng)域內(nèi)“核心素養(yǎng)”的視角[J].物理教師，2016（2）：74-77.

（責任編輯 易志毅）