高考物理中滑動變阻器的限流式接法探討

(1．浙江省永嘉縣上塘中學，浙江 永嘉 325100；2．北京市第八十中學，北京 100102)

1 滑動變阻器的接法

電學實驗的高頻考點出現在《恒定電流》這一章，其中“滑動變阻器的接法”是必須掌握的知識要點.滑動變阻器的接法有分壓式接法和限流式接法兩種.如圖所示的兩種電路中，滑動變阻器(最大阻值為R0)對負載RL的電壓、電流強度都起控制調節作用，通常把圖1電路稱為滑動變阻器限流式接法，圖2電路稱為滑動變阻器分壓式接法.

圖1

圖2

2 變阻器限流式接法的選用

絕大部分高中生在初中階段就已經掌握了滑動變阻器的限流式接法，而滑動變阻器的分壓式接法是高二才出現的新知識.正因為滑動變阻器的分壓式接法在高中才出現，所以事實上常見的高中物理習題中滑動變阻器80%以上采用分壓式接法.

例1(2014年天津)：現要測量一個未知電阻Rx的阻值，除Rx外可用的器材有：多用電表(僅可使用歐姆擋)，一個電池組E(電動勢6V)，一個滑動變阻器R(0～20Ω，額定電流1A)，兩個相同的電流表G(內阻Rg=1000Ω，滿偏電流Ig=100μA)，兩個標準電阻(R1=29000Ω，R2=0.1Ω)，一個電鍵S、導線若干.

①為了設計電路，先用多用電表的歐姆擋粗測未知電阻，采用“×10”擋，調零后測量該電阻，發現指針偏轉非常大，最后幾乎緊挨滿偏刻度停下來，下列判斷和做法正確的是( ).

A．這個電阻阻值很小，估計只有幾歐姆

B．這個電阻阻值很大，估計有幾千歐姆

C．如需進一步測量可換“×1”擋，調零后測量

D．如需進一步測量可換“×1k”擋，調零后測量

②根據粗測的判斷，設計一個測量電路，要求測量盡量準確并使電路能耗較小，畫出實驗電路圖，并將各元件字母代碼標在元件的符號旁.

解析：①因為電表指針幾乎滿偏，可知所測電阻很小，只有幾歐姆，所以選項A正確、B錯誤.根據歐姆表的特點，若要進一步精確測量，應換用小倍率，并重新進行歐姆調零，所以C選項正確、D錯誤.

②根據伏安法測電阻原理和串、并聯電路規律，可將電流表串聯電阻R1后測量電壓，另一個電流表并聯R2后測量電壓，題目要求能耗較小，故變阻器采用限流式接法，所以電路設計如圖3所示.

圖3

圖4

例2(2014年山東)：實驗室購買了一捆標稱長度為100m的銅導線，某同學想通過實驗測其實際長度.該同學首先測得導線橫截面積為1.0mm2，查得銅的電阻率為1.7×108Ω·m，再利用圖4甲所示電路測出銅導線的電阻Rx，從而確定導線的實際長度.可供使用的器材有：

電流表：量程0.6A，內阻約0.2Ω；

電壓表：量程3V，內阻約9kΩ；

滑動變阻器R1：最大阻值5Ω；

滑動變阻器R2：最大阻值20Ω；

定值電阻：R0=3Ω；

電源：電動勢6V，內阻可不計；開關、導線若干.

回答下列問題：

(1)實驗中滑動變阻器應選(填“R1”或“R2”)，閉合開關S前應將滑片移至端(填“a”或“b”).

(2)在實物圖6中，已正確連接了部分導線，請根據圖4電路完成剩余部分的連接.

圖5

(3)調節滑動變阻器，當電流表的讀數為0.5A時，電壓表示數如圖5所示，讀數為V.

(4)導線實際長度為m(保留2位有效數字).

圖6

(2)根據電路圖4，變阻器采用了限流式接法，連接實物如圖7所示.

圖7

(3)電壓表讀數為2.3V.

3 總結

滑動變阻器的兩種接法各有特點，滑動變阻器以什么形式連入電路，首先應考慮安全，其次是考慮誤差.安全因素應考慮各電表的讀數不能超過量程，電阻類元件的電流不能超過其最大允許電流等；減少誤差一般應要求各電表的實際讀數不小于量程的1/3.

滑動變阻器采用限流接法的適用情況是：①測量時電路電流或電壓沒有要求從零開始連續調節，只是小范圍內測量，且R1與R0接近；②電源的放電電流或滑動變阻器的額定電流太小，不能滿足分壓式接法的要求時；③沒有很高的要求，僅從安全性和精確性角度分析兩者均可采用時.

參考文獻：

錢呈祥.滑動變阻器選擇接法的方法和技巧[J].中小學實驗與設備，2012，(1).