分壓式電路中滑動變阻器的選擇

滑動變阻器是電學(xué)實驗中常用的器材，它在電路中的連接方式是中學(xué)物理實驗教學(xué)的難點，也是歷年高考的一個重要考點。滑動變阻器在電路中的連接方式有兩種，一種是限流式接法(如圖1a)，另一種是分壓式接法(如圖1b)。我們一般都知道當(dāng)出現(xiàn)以下三種情況的一種時必須選擇分壓式接法:(1)若要求被測電阻Rx兩端電壓變化范圍較大，或要求電壓從零開始連續(xù)可調(diào);(2)采用限流式電路時，如果電路中最小電流大于或等于被測電阻Rx的額定電流;(3)當(dāng)R0Rx時，為使被測電阻中電流有明顯變化。但當(dāng)面對幾個滑動變阻器的選擇時，往往不知道怎么選或為什么這樣選。針對這個問題筆者淺談一下自己的理解。

1 分壓式接法中，怎樣選擇滑動變阻器

(1)首先保證儀器安全，即滑動變阻器在電路中不被損壞。

例1 (2007年江蘇省高考試題)要描繪某電學(xué)元件(最大電流不超過6mA，最大電壓不超過7V)的伏安特性曲線，設(shè)計電路如圖2，圖中定值電阻R為1kΩ，用于限流;電流表量程為10mA，內(nèi)阻約為5Ω;電壓表(未畫出)量程為10V，內(nèi)阻約為10kΩ;電源電動勢E為12V，內(nèi)阻不計。(1)實驗時有兩個滑動變阻器可供選擇:a:阻值0到200Ω，額定電流0.3A，b:阻值0到20Ω，額定電流0.5A。本實驗應(yīng)選的滑動變阻器是__________(填“a”或“b”)

解析 在該題中，若選擇滑動變阻器b(阻值0~20Ω，額定電流0.5A)時，電路中的最小電流是:I=1220=0.6A，顯然0.6A>0.5A，滑動變阻器將被燒壞。要保證滑動變阻器不被燒壞，只能選擇滑動變阻器a(阻值0~200Ω，額定電流0.3A)。

(2)所設(shè)計的電路應(yīng)能夠達(dá)到實驗的目的，即多測量幾組數(shù)據(jù)。要達(dá)到這個要求，滑動變阻器相比待測量電阻越小越好。

例2 在“描繪小燈泡的伏安特性曲線”的實驗中，除有一標(biāo)有“6V，1.5W”的小燈泡、導(dǎo)線和開關(guān)外，還有:

A.直流電源6V(內(nèi)阻不計)

B.直流電流表0～3A(內(nèi)阻0.1Ω以下)

C.直流電流表0～300mA(內(nèi)阻約為5Ω)

D.直流電壓表0～15V(內(nèi)阻約為15kΩ)

E.滑動變阻器0～10Ω，2A

F.滑動變阻器0～1kΩ，0.5A

實驗要求小燈泡兩端的電壓從零開始變化并能多測幾次。滑動變阻器應(yīng)選用______，(用序號表示)。

解析 由于實驗要求小燈泡兩端的電壓從零開始變化并能多測幾次，則滑動變阻器應(yīng)該是分壓式接法，滑動變阻器相比待測量電阻越小越好，因而應(yīng)選擇滑動變阻器E(0～10Ω，2A)。

2 分壓式接法中，在保證儀器安全的前提下，為什么選擇滑動變阻器阻值越小越好

例3 如圖3甲所示為分壓式電路圖，已知電源電動勢為E，內(nèi)阻不計，變阻器總電阻為R0。閉合開關(guān)S后，負(fù)載電阻RL兩端的電壓U隨變阻器a端至滑動觸頭P間的電阻Rx的變化而變化。關(guān)于負(fù)載電阻兩端的電壓U隨Rx變化的關(guān)系式為:

由圖可知，對于不同的RL值，調(diào)節(jié)滑動觸頭P時負(fù)載電阻兩端的電壓變化規(guī)律不同。當(dāng)負(fù)載電阻RL越小于變阻器電阻R0時，負(fù)載電阻兩端的電壓U隨Rx的變化而更迅速;當(dāng)負(fù)載電阻RL越大于變阻器電阻R0時，負(fù)載電阻兩端的電壓U隨Rx的變化而更加平穩(wěn)，從而可獲得更多的實驗數(shù)據(jù)。顯然在分壓式接法中，在保證儀器安全的前提下，滑動變阻器阻值比負(fù)載電阻阻值越小越好。

(欄目編輯陳 潔)