關(guān)于滑動(dòng)變阻器的兩種基本接法

在高考物理實(shí)驗(yàn)題中，我們多次考查滑動(dòng)變阻器的兩種接法——分壓式與限流式。但雖多次考查，仍有很多學(xué)生出錯(cuò)。為什么會(huì)出現(xiàn)這一現(xiàn)象？主要原因是學(xué)生沒(méi)有掌握好兩種連接方式的特點(diǎn)及作用，遇到具體問(wèn)題時(shí)不知道該如何連接。

一、限流式連接方式的特點(diǎn)

滑動(dòng)變阻器用作限流時(shí)，其連接如圖1所示。它是把滑動(dòng)變阻器串聯(lián)在電路中，用以控制或調(diào)節(jié)電路中的電流。使用時(shí)，連接滑動(dòng)變阻器的導(dǎo)線應(yīng)分別接金屬桿一端和電阻線圈一端的接線柱。此電路中，待測(cè)電阻Rx兩端電壓的調(diào)節(jié)范圍約為E·Rx/(R+Rx)~E之間。

二、分壓式連接方式的特點(diǎn)

滑動(dòng)變阻器用作分壓時(shí)，其連接如圖2所示。它是從滑動(dòng)變阻器上分出一部電壓在待測(cè)電阻上。其優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)它的滑動(dòng)觸頭從a端向b端滑動(dòng)時(shí)，待測(cè)電阻Rx上可分得從零開(kāi)始連續(xù)變化的所需電壓（限流式不能），電壓的調(diào)節(jié)范圍是0~E，比用作限流時(shí)調(diào)節(jié)范圍要大。

三、兩種連接方式的選取

在負(fù)載電流要求相同的情況下，限流電路中干路電流比分壓電路中的干路電流更小，所以限流電路中消耗的總功率較小，電源消耗的電能就較小，這說(shuō)明限流具有節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)。

在實(shí)際電路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)視實(shí)驗(yàn)要求靈活選取分壓電路或限流電路。

（一）分壓電路的選取

1. 若實(shí)驗(yàn)要求某部分電路的電壓變化范圍較大，或要求某部分電路的電流或電壓從零開(kāi)始連續(xù)可調(diào)，或要求多測(cè)幾組I、U數(shù)據(jù)，則必須將滑動(dòng)變阻器接成分壓電路。

例1：測(cè)定小燈泡“6V，3W”的伏安特性曲線，要求實(shí)驗(yàn)中燈泡兩端的電壓從零開(kāi)始連續(xù)可調(diào)。供選擇的器材有：電壓表V₁（量程6V，內(nèi)阻20kΩ），電流表A₁（量程3A，內(nèi)阻0.2Ω），電流表A₂（量程0.6A，內(nèi)阻1Ω），變阻器R₁（0~100Ω，0.5A），變阻器R₂（0~20Ω，0.2A），學(xué)生電源E(6~8V)、開(kāi)關(guān)及導(dǎo)線若干。選擇出符合實(shí)驗(yàn)要求的實(shí)驗(yàn)器材并設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)電路。

分析：不管是從題中要求燈泡兩端電壓必須從零開(kāi)始連續(xù)可調(diào)的角度考慮，還是從為了最終能較準(zhǔn)確畫出伏安特性曲線必須多測(cè)幾組I、U數(shù)據(jù)的角度考慮，限流電路都難以滿足要求，因此必須采用分壓電路。實(shí)驗(yàn)電路如圖3所示。

器材包括：電壓表V₁、電流表A₂、變阻器R₂、電源、開(kāi)關(guān)及導(dǎo)線。

若實(shí)驗(yàn)中要用小阻值的滑動(dòng)變阻器控制大阻值負(fù)載，或者題中所給電源電動(dòng)勢(shì)過(guò)大，盡管滑動(dòng)變阻器阻值也較大，但總電流大于負(fù)載的額定電流值，或總電流大于接入電表的量程，此時(shí)的滑動(dòng)變阻器也應(yīng)接成分壓式電路；若負(fù)載電阻的額定電流不清楚，為安全起見(jiàn)，一般也連成分壓電路。

例2：為了較準(zhǔn)確地用伏安法測(cè)定一只阻值大約是3kΩ的電阻，備用的器材有：A、直流電源，電壓12V，內(nèi)阻不計(jì)；B、電壓表，量程0~3~15V，內(nèi)阻10kΩ；C、電流表，量程0~0.6~3A，內(nèi)阻20Ω；D、毫安表，量程5mA，內(nèi)阻200Ω；E、滑動(dòng)變阻器，阻值0~50Ω；G、電鍵及導(dǎo)線若干。試設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)電路。

分析：本題中，由于待測(cè)電阻約為3kΩ，而滑動(dòng)變阻器控制大阻值負(fù)載的情況，因此應(yīng)將滑動(dòng)變阻器接成分壓電路，否則無(wú)法調(diào)節(jié)負(fù)載電阻兩端的電壓及通過(guò)負(fù)載電阻的電流的有效變化而造成較大的偶然誤差。設(shè)計(jì)電路如圖4所示（外接法及電表選取分析略）。

例3：用伏安法測(cè)一個(gè)電阻Rx的阻值。提供器材有：待測(cè)電阻Rx(約5kΩ)、電壓表（0~3V，內(nèi)阻100kΩ）、微安表（0~500μA，內(nèi)阻100Ω）、變阻器（0~20kΩ）、穩(wěn)壓電源（輸出電壓15V）。試設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)電路。

分析：若接成限流電路，電路中最小電流：I_min=E/R=15/(5+20)×10³A=0.6×10^-3A=600μA，大于微安表的量程。因此，為了電路安全必須將變阻器接成分壓電路，如圖2所示。

（二）限流電路的選取

1. 一般說(shuō)來(lái)，題目若沒(méi)有特別的要求，由于限流電路具有節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，并且限流電路的連接較為簡(jiǎn)便，則優(yōu)先采用限流接法。

由圖1和圖2不難看出，若用電器正常工作，圖2電路中的總電流必然大于圖1電路中的總電流，因而圖2分壓電路消耗的電功率較大。所以，為了節(jié)能和電路連接的方便，通常采用限流式接法。

2. 若題目中要用較大阻值的滑動(dòng)變阻器控制阻值較小的負(fù)載，在保證負(fù)載和電表安全的前提下，一般也將滑動(dòng)變阻器接成限流電路。

例4：在上述的圖2電路中，如果Rx較小，R較大，那么在P由a滑到b的過(guò)程中，由于Pa電阻與Rx并聯(lián)的電阻較接近Rx，因此在開(kāi)始的很長(zhǎng)一段距離上Rx上的電壓變化較小，而在P接近b端時(shí)，因并聯(lián)值與P電阻迅速接近而使Rx上電壓發(fā)生突變（即突然增加），故此不易控制，所以此種情況下應(yīng)把滑動(dòng)變阻器接成限流電路。

可見(jiàn)，如若切實(shí)掌握了分壓與限流接法的電路特點(diǎn)和電路選擇原則，有關(guān)滑動(dòng)變阻器的連接問(wèn)題就可迎刃而解了。