再談“滑動變阻器”

根據各種版本“初中物理教學大綱”和新“課標”規定的“教學要求”，會“用滑動變阻器改變小燈泡的亮度”、會用“伏安法”“測（小燈泡的）電阻”和“測定小燈泡的功率”等，“滑動變阻器”必然成為各種版本初中物理教科書均要編寫的教學內容和中考電學實驗試題中不能缺少的儀器之一。

拜讀多種版本初中物理新教材和名目繁多的練習冊、特別是各地中考涉及滑動變阻器實驗試題的“參考答案”，我們認為很有深入探討的必要。為了說清這個問題，現求助貴刊一角，就“跟滑動變阻器的相關問題”， 陳述如下管見，不當之處敬請各位師長斧正。

一、明確滑動變阻器的四種用法

“作用”是一個多義詞，從《辭海》和《現代漢語詞典》里都能查到它有四種義項（或“解釋”，略）。我們認為，對于滑動變阻器，最好不跟“作用”二字組成短語，“保護電源或用電器不受損壞”等，它是滑動變阻器公認的一種“作用”，但它僅在滑動變阻器的某種用法里才能體現出來。綜合有關滑動變阻器生產廠家給出的“使用說明書”和相關的實驗參考資料，現把滑動變阻器的四種用法簡介如下：

（一）用法之－是“組成調壓電路（建議不再使用俗稱‘限流作用’）”：

這是初中物理教材里均編寫的教學內容，這種用法的電路連接方式和特點等勿需多費筆墨，相關淺見敬請參閱“二、制定滑動變阻器的技能目標”。

（二）用法之二是“組成分壓電路”：

電路連接如圖1所示：實驗前，滑片要停留在“最小阻值處”（即圖中左端）。向右移動滑片Ｐ，就能從電路兩端或電源兩極的總電壓里 “分出”一部分電壓，用以提供小燈泡兩端需要的電壓。

說明：

1、“組成分壓電路”接線時，電阻線要全部串入電路中。由此可知，此種用法電阻線“消耗電能的無用功的功率大”（不能說“消耗的功率大”）。用電器通過滑片Ｐ，跟滑動變阻器滑片Ｐ左邊那部分電阻線并聯后，再跟滑片Ｐ右邊那部分電阻線串聯，從而構成了“混聯電路”。所以，滑動變阻器“允許通過的電流亦大”。

2、這種用法“能夠分出的電壓范圍”是：“０～電路兩端或電源兩極間的電壓”；而采用“組成調壓電路”的調壓范圍，通常是“Ｕ總～Ｕ總／（Ｒ滑＋Ｒ用）#8226;Ｒ滑”。由此可知，“組成分壓電路，被控制用電器兩端電壓的變化范圍大”。

3、由于“組成分壓電路”是滑動變阻器的一種特定用法，所以，當采用“組成調壓電路”時，在論述“怎樣改變定值電阻兩端電壓”時，“一般采用滑動變阻器進行分壓”等常見的說法都是欠妥的。

（三）用法之三是“組成變直流為交流電路”：

電路連接如圖2所示：這種電路要求Ｕ1＝Ｕ2，且實驗前滑片Ｐ必須停留在電阻線的中點。此時，外電路ａ和ｂ兩點間的電壓Ｕab＝０V。當滑片Ｐ向右移動到右端c時，ａ點電位從０V迅速增大到Ｕ2，此時外電路的電流方向，是從ａ經過用電器指向ｂ（實際上是由Ｕ2對外供電）。當滑片Ｐ從右端ｃ逐漸移動到左端ｄ時，ａ端的電位從最高逐漸變為０V、最后變為負的最大值（ｂ端變為正的最大值），此時外電路的電流方向，是從ｂ經過用電器指向ａ（實際變為由Ｕ１對外供電）。這樣，周期性地左右移動滑片Ｐ，在外電路ａ和ｂ兩端就可以獲得交變電壓，實現了把直流變為交流。

說明：從圖中可知，電阻線始終有電流通過，因此這種用法消耗電能的功率大。外電路兩端的電壓變化范圍是“－Ｕ１～０～Ｕ2”。

（四）用法之四是“組成全波整流電路”：

該用法的電路連接方式如圖3所示:其中滑片P必須固定在電阻線的中間部位、且始終不準移動。閉合開關，左端輸入的交變電流，如果正半周電流的路徑，是從a→c→e→用電器（小燈泡）→p→d→b，那么，交變電流的負半周電流的路徑便為：從b→d→e→用電器（小燈泡）→p→c→a。這樣，在e與p之間的電路上，就實現了交流變直流的“全波整流”的目的。

綜上所述，滑動變阻器有組成“調壓電路（建議不再使用俗稱‘限流作用’）”、“分壓電路”、“變直流為交流電路”和“全波整流電路”等四種不同的用法，它們電路的組成方式、實驗前滑片P要停留的位置等，都是有特殊規定的。因此，常見的“學會使用滑動變阻器”或“弄清滑動變阻器的……用法”等習慣說法，都是不準確的物理術語。

二、制定滑動變阻器的技能目標

學生畢業前，使用滑動變阻器“組成調壓電路”時應達到的“技能目標”有：

（）會放置：滑動變阻器要放在實驗桌上便于觀察和操作的位置。

（一）會觀察：

1、能看清它“能夠連入電路中的最大電阻值 ”（不能說“量程”或“能夠改變電路的最大電阻值”）和“允許通過的最大電流值”（不能說“額定電流”）；

2、會算出它“能夠承擔的最高電壓”（不能說“額定電壓”或“能改變用電器的電壓”，更不能說“分去的電壓”）和“消耗電能的最大功率”或“最大無用功的功率”（不能說“額定功率”或“能改變用電器的功率”；由于“電功率是表示電流做功快慢的物理量”，它是不能被“消耗”的，所以“消耗電功率”的習慣說法不是科學的用語）；

3、實驗中首先要看清它哪一部分電阻線連入電路中。

（二）會選擇：

能依據實驗要求或計算等，選擇出規格和性能都符合實驗要求的滑動變阻器；特別要注意實際通過它的電流、它實際承擔的電壓（不能說“分去的電壓”）和實際消耗電能的功率（不能說“消耗的電功率”）等，都不能超過它允許的最大值（注：當“Ｒ滑≤Ｒ用”時，滑動變阻器的電阻線全部串入電路中，它消耗電能的功率最大：P大1＝[Ｕ總／（Ｒ滑＋Ｒ用）]2#8226;Ｒ滑；當“Ｒ滑>Ｒ用”時，滑動變阻器的電阻線串入電路中阻值等于

Ｒ用時，它實際消耗電能的功率最大：P大2＝1／4#8226;Ｕ2總／Ｒ滑）。

（三）會接線：

依據實驗要求或給出的電路圖等，能從金屬桿和電阻線上便于操作的任意一端，各取一個接線柱（簡稱“一上”“一下”）把它串聯在要控制的電路中，實驗前“滑片要遠離選用的電阻線上的接線柱”）或“滑片要停留在最大阻值處”（或“電阻線要全部串入電路中”、或“電流要通過所有的電阻線”，下同｝。

（四）會分析（含會操作）：

1、懂得滑片向左或向右移動時，能從觀察滑動變阻器連入電路中的電阻線是變長（或變短），分析出其連入電路中的電阻就變大（或變小），滑動變阻器能夠承擔的電壓就變高（或變低），小燈泡兩端的實際電壓就變低（或變高），通過小燈泡的電流就變弱（或變強），小燈泡的實際功率就變小（或變大），其發光亮度就變暗（或變強）等結論；

2、能依據實驗要求，如“小燈泡要變亮（或變暗）”或“用電器兩端的電壓要升高（或降低）”或“電路中的電流要變強（或變弱）”等，再根據歐姆定律和串聯電路的電壓特點等，能推斷出滑動變阻器實際承擔的電壓需變低（或變高），進而知道滑動變阻器連入電路中的電阻要變小（或變大），其連入電路中的電阻線的長度需變短（或變長），由此得出“滑片要向右端（或向左端）移動”的正確操作步驟。

注：

①以上不同于傳統說法的分析，是突出“電壓的作用”（即：“電壓是使電路中的電荷發生定向移動形成電流的原因”），強調“使用滑動變阻器能夠控制小燈泡兩端的電壓和通過它的電流，進而能夠改變小燈泡的實際功率（即‘小燈泡的發光亮度’）”。

②在回答采用“組成調壓電路”實驗題時，一定要落實上述技能目標——特別是“實驗前滑片要遠離選用的電阻線上的接線柱”！

三、完善滑動變阻器的習題答案

現就某種版本新課標課文里編寫的“兩道滑動變阻器

的實驗題”和配套教參里給出的“參考答案”，提出如下商

榷淺見：

例1、圖片1“是一位同學在連接使用滑動變阻器能

夠控制小燈泡亮度”的實物圖，“他錯在哪里”？

教參里給出的“參考答案”是：“錯誤是將變阻器作為

一個不變的電阻串聯接入電路中”。

我們認為，除“參考答案”指出的錯誤外，還有長期被

人們忽視的是“實驗前滑片要遠離選用的電阻線上的接線柱”（注：在位于電阻線中間部位的滑片的左面或右面要畫出“－→‖”圖示，用以標明實驗前滑片應停在電阻線的最左端或最右端）！

由于題中沒有指明使用滑動變阻器是采用哪種用法，所以該題的完整答案應為：

1、若采用“組成調壓電路”，滑動變阻器的接線柱選用錯了：應“上、下各選一個接線柱把它串聯在電路中，且開關閉合前滑片要遠離選用的電阻線上的接線柱”；

2、若采用“組成分壓電路”，該題小燈泡接錯了，應按圖1所示連接電路，且“開關閉合前滑片要停留在最小阻值處”（即圖中左端）。

注：由于初中教材里不介紹滑動變阻器的四種用法，故在使用滑動變阻器的題目前面要注明“采用常用的電路連接方式”，用以隱含使用滑動變阻器“組成調壓電路”。

例2、圖片2是一位同學“為測量小燈泡的電阻而連的電路”實物圖，“他錯在哪里”？

教參里給出的“參考答案”僅有：“錯誤是” 滑動變阻器“同時選擇上面兩個接線柱接入電路中，這樣（滑動）變阻器就失去改變電路電阻的作用”（注：“這樣變阻器就失去改變電路電阻的作用”，最好改說為：“這樣變阻器就‘不能控制小燈泡兩端的電壓和通過它的電流’了”）。

我們認為，采用常用的電路連接方式該題的完整答案，除上述外還應包括：

（1）開關閉合前滑片要遠離選用的電阻線上的接線柱；

（2）電壓表選用的接線柱的“極性”反了；

（3）電壓表的量程應選用“0～3V”；

（4）電流表的量程應選用“0～0.6A”。

注：

①根據新課標提倡的“從生活到物理從物理到社會”的理念和市場上出售的小燈泡的規格（注：印刷在小燈泡包裝盒的底面，詳情敬請參看“附錄：市場上出售的小燈泡的規格”），實驗室用的小燈泡的額定電流，均沒有超過0.5A的！這應該成為師生都知道的日常生活用電的常識之一；

②由于電表選用大量程，測量值跟真實值之間的差異，不屬于不可避免的“誤差”范疇，實屬應該并可以糾正的錯誤。

③采用“組成分壓電路”也能測量小燈泡的電阻（省略）。

附錄：印刷在小燈泡包裝盒的底面，市場上出售的小燈泡的規格：