分壓式接法中滑動變阻器選擇的誤區

李 琴 吳彬彬

(江蘇省黃埭中學 江蘇 蘇州 215143) (江蘇省木瀆高級中學 江蘇 蘇州 215101)

伏安法測電阻是物理高考中的重點內容，滑動變阻器的接法中的分壓式接法具有調節電壓范圍大、可使用電器兩端的最小值電壓為零的優勢而成為優先選擇的對象.而分壓式接法中滑動變阻器的選擇也是考查的重點、難點和熱點.也正是因為是難點，在教學中，教師往往給學生大概的推導或直接下一個結論——滑動變阻器選擇最大阻值應小些，因為滑動變阻器選擇最大阻值越小，用電器分得的電壓與滑動變阻器調節的長度對應的線性關系越好.

這個“滑動變阻器選擇最大阻值越小，用電器分得的電壓與滑動變阻器調節的長度對應的線性關系越好”結論是正確的.但實驗除了要求測量精確、方便調節之外，更重要的還須安全這一要素.下面就針對滑動變阻器選擇的安全性和待測電阻與滑動變阻器最大阻值的關系對調節影響兩個方面闡述如何正確選擇滑動變阻器.

1 額定電流是滑動變阻器選擇的重要要素之一

圖1

如圖1所示，當滑動變阻器最大阻值R越小，回路的總電阻越接近R，通過滑動變阻器的電流I越大.這對滑動變阻器的額定電流的要求自然就越高了.所以在選擇時，只關注滑動變阻器的最大阻值是不全面的，還要關注其額定電流是否在安全的范圍內.2007年高考江蘇物理卷第12題便是考查滑動變阻器安全問題的題目，如例1.

【例1】(2007年高考江蘇物理卷)要描繪某電學元件(最大電流不超過6 mA，最大電壓不超過7 V)的伏安特性曲線，設計電路如圖2，圖2中定值電阻R為1 kΩ，用于限流；電流表量程為10 mA，內阻約為5 Ω；電壓表(未畫出)量程為10 V，內阻約為10 kΩ；電源電動勢E為12 V，內阻不計.

(1)實驗時有兩個滑動變阻器可供選擇：

a.阻值0～200 Ω，額定電流0.3 A；

b.阻值0～20 Ω，額定電流0.5 A.

圖2

本實驗應選的滑動變阻器是________(填“a”或“b”)

答案是：a

如果按照滑動變阻器越小、調節越線性的原則，此題應該選擇b答案，那為什么反而選擇了a呢？

在分壓式電路中，為了電路的安全，閉合開關前，應把滑動變阻器的滑動觸頭調在最左端，使待MN段的電壓從零開始變大.

這個題目告訴我們，用分壓式電路選擇滑動變阻器時，不能一味地選擇滑動變阻器最大阻值小的，首先應該考慮電路的安全性，在此前提下，為了調節方便再選擇最大阻值較小，調節較方便的滑動變阻器.而實際上，在選擇滑動變阻器時，也沒有必要一定要選擇最大阻值小的，因為，在調節的時候并不需要嚴格的線性關系，只要不發生調節的突變就行了.對于這道高考題，阻值在0～200 Ω的這個滑動變阻器相對MN間的電阻也已經很小了，同樣滿足線性調節.為什么滑動變阻器的最大阻值越小，調節越線性？

2 待測電阻與滑動變阻器阻值關系對調節的影響

如圖3為分壓式電路，當滑片P置于某位置時，其左邊的電阻為R1，右邊的電阻為R2，滑動變阻器總電阻為R，待測電阻R0兩端的電壓U可表示為

圖3

圖4

【例2】(2011年蘇州市模擬題)一個小燈泡的額定電壓為2.0 V.額定電流約為0.5 A，選用下列實驗器材進行實驗，并利用實驗數據描繪和研究小燈泡的伏安特性曲線.

A.電源E：電動勢為3.0 V，內阻不計；

B.電壓表V1：量程為0～3 V，內阻約為1 kΩ

C.電壓表V2：量程為0～15 V，內阻約為4 kΩ

D.電流表A1：量程為0～3 A，內阻約為0.1 Ω；

E.電流表A2：量程為0～0.6 A，內阻約為0.6 Ω；

F.滑動變阻器R1：最大阻值為10 Ω，電流為0.6 A；

G.滑動變阻器R2：最大阻值為15 Ω，電流為1.0 A；

H.滑動變阻器R3：最大阻值為150 Ω，電流為1.0 A；

I.開關S，導線若干.

實驗中滑動變阻器應選用________(請填寫選項前對應的字母).

答案：G

由題意可以畫出如圖5所示的電路圖.此題很多同學都選擇了F，即滑動變阻器最大阻值為10 Ω的滑動變阻器.選擇的理由也往往是此題是分壓式接法，所以應該選擇阻值小的，這樣調節相對方便.但是，當燈泡兩端電壓為20 V，電流為0.5 A時，可以算出滑動變阻器右邊部分的電阻約為1.4 Ω，電壓為1.0 V，此時其電流大約為0.7 A，超出了其額定電流0.6 A.

圖5

綜上所述，在分壓式接法中，首先考慮的不應該是滑動變阻器的最大阻值問題，而應該是安全問題，在安全問題滿足條件的情況下，再去選擇阻值相對較小的.在教學中不能為了教學的簡化而讓學生陷入選擇的誤區.