如何突破限流接法中滑動變阻器的選擇問題

鄭永圣

(南京市江寧高級中學 江蘇 南京 211100)

【題目】有一電阻Rx，其阻值大約在40～50 Ω，需進一步測定其阻值，現有下列器材：

電池組E(電動勢為12 V，內阻約0.5 Ω)

電壓表V(量程0～3～15 V，內阻20 kΩ)

電流表A1(0～50 mA，內阻20 Ω)

電流表A2(0～300 mA，內阻4 Ω)

電流表A3(0～1 A，內阻0.1 Ω)

滑動變阻器R1(0～100 Ω，額定電流1 A)

滑動變阻器R2(0～1 700 Ω，額定電流0.3 A)

開關S及導線若干，實驗電路如圖1所示，實驗中要求多測幾組電流、電壓值.

圖1

在實驗中滑動變阻器應選______.

解答情況：全班共有55人，選R2的有48人，占87.27%，選R1的只有7人，占12.73%.本題的正確答案是選擇R1.面對這么高的錯誤率,筆者找了一些學生面談,了解到他們選擇R2的原因有兩條，一是認為,滑動變阻器如果選1 700 Ω,整個回路的電阻就很大,電流就很小,這樣能更好地保護電路.可見,這部分學生認為要保護電路一定要選大電阻;二是認為,滑動變阻器如果選100 Ω的可以達到實驗目的，那么選1 700 Ω的滑動變阻器,只要從零滑動到100 Ω，同樣也可以做實驗.可見,這部分學生并不理解如何才算方便、準確地完成實驗，同時,也說明這部分學生在初中實際動手操作實驗次數不多.

問題：從上面的作業情況統計可以看出,在滑動變阻器的限流接法中如何選擇滑動變阻器的最大阻值,是教學中的難點.教學中如何突破此難點呢?

難點突破: 滑動變阻器在電路中起到控制電路的作用，選擇控制電路時，既要考慮供電電壓的變化范圍是否滿足實驗要求，又要注意便于操作.為了能很好地說明本題選R1能達到這個目的，筆者特地帶學生做了一個實驗.實驗中Rx大約51 Ω，電源用了8節干電池，電動勢大約11.47 V，內阻大約7.4 Ω，由于滑動變阻器的具體阻值讀不出來，在實驗中采用電阻箱代替來控制電路.實驗中要求學生記錄電阻箱的阻值和待測電阻Rx分到的電壓，為了節省讀數的時間，實驗時采用數字電壓表測電壓，具體數據記錄如表1所示.

表1 實驗數據

實驗次數11121314151617181920Ux/V5.395.174.954.754.574.394.234.083.953.83R/Ω50556065707580859095

實驗次數21222324252627282930Ux/V3.703.583.353.373.283.102.952.802.682.45R/Ω100105110115120130140150160180

實驗次數31323334353637383940Ux/V2.262.101.961.841.731.601.221.010.860.75R/Ω200220240260280300400500600700

實驗次數41424344454647484950Ux/V0.670.600.540.500.460.420.390.370.340.33R/Ω8009001 0001 1001 2001 3001 4001 5001 6001 700

為了更直觀地顯現這個規律,筆者利用Excel圖表菜單里的XY散點圖，以R為橫軸，以Ux為縱軸，作出Ux-R圖像，如圖2所示.

圖2

為了使這個規律一目了然地呈現在我們面前,利用Excel圖表菜單里的XY散點圖，以R為橫軸，以Ux為縱軸，作出Ux-R圖像，如圖3所示.

圖3

結論：在滑動變阻器的限流接法中要求滑動變阻器的最大阻值與負載電阻的阻值較為接近比較合適,這樣，可以避免電壓調節范圍過小和調節精度過低的問題.