變阻器兩種接法的比較與選擇

華興恒

滑動變阻器是電學實驗中使用率極高的儀器，其用法也是歷年高考的考查熱點，其連入電路時通常有分壓和限流兩種連接方法.下面對兩種接法作一簡單比較.

分壓式限流式比較

電路圖

負載R0上電壓變化范圍0～E（電源內阻不計）R0ER0+R～E

分壓調整范圍大

負載R0上電流變化范圍0～ER0ER0+R～E

分流調整范圍大

閉合開關前觸點所處位置左端左端

全電路消耗的總功率P=EI總E（IR0+IRPB）E·IR0限流能耗小

一、選擇連接方式的原則

由上表可見，滑動變阻器的兩種電路連接方法均能控制負載的電流、電壓，但兩種接法之間還是有一些差異的，對不同的負載產生的效果不同，在應用時必須根據實際情況取長避短，應遵循以下原則：

1. 安全原則：變阻器是一種控制器件，在電路中除了調節功能之外，還有重要的保護功能.選擇接法時要考慮儀表量程及器件的額定功率等因素，以保證儀表、器件的安全使用，這是實驗得以正常開展的前提.

2. 達標原則：有了安全的前提保障，在選擇接法時必須致力于實驗目標的實現.

3. 求精原則：在目標能夠實現的基礎上，要精益求精，力求達到更為理想、準確的實驗結果.如盡可能使電流表、電壓表的指針偏過較大角度（一半以上），以準確讀數.

4. 簡便節能的原則：如果變阻器兩種用法均能得出理想的結果，由前面列表對比可知：限流電路連接簡便，并且比分壓電路省了一根導線；此外，在負載工作電流一致的情況下，限流電路的總電流較小，總功耗較小，結構簡單，可謂省料節能，應優先考慮.

對于教材中一些常見的電學實驗，如伏安法測電阻、測電源的電動勢和內電阻以及測金屬絲的電阻率等，由于實驗本身對電壓、電流的調節無甚特殊要求，基于本條原則，課本上給出的電路圖中變阻器均采用了限流式的接法，大家也就不難理解了.

二、電流表內、外接法的選擇

由于電流表、電壓表內阻的影響，不論采用電流表內接法還是外接法都不可避免地會產生誤差.因此為了減小誤差，當RxRA>RVRx時，一般采用電流表內接法；當RxRA

三、兩種電路的使用條件

1. 分壓電路的使用條件

（1） 當用電器電阻遠大于滑動變阻器的最大阻值，且實驗要求的電壓變化范圍較大（或要求測量多組實驗數據）時，必須采用分壓電路.

（2） 電源電動勢過大，盡管滑動變阻器的阻值也較大，但總電流大于負載的額定電流值，或大于所給電表的量程時，必須選用分壓電路.

（3） 要求回路中某部分電路的電流或電壓從零開始可以連續變化時，必須采用分壓電路.

2. 限流電路的使用條件

（1） 在負載電流相同的情況下，限流電路中干路電流比分壓電路中干路電流小，所以限流電路中消耗的總功率小，從減小電能損耗的角度考慮，必須選用限流電路.

（2） 用較大阻值的滑動變阻器控制小阻值的負載，且在負載和電表安全的前提下，必須選用限流電路.

例1某電壓表的內阻在20 kΩ～50 kΩ之間，現要測量其內阻，實驗室提供下列可供選用的器材：待測電壓表（量程0～3 V），電流表A1（量程200 μA），電流表A2（量程50 mA）， 電流表A3（量程0.6 A），滑動變阻器R （最大阻值1 kΩ），電源E（4 V），開關S，導線若干.

（1） 所提供的電流表中，應選用（填字母代號）；

（2） 為了盡量減小誤差，要求測出多組數據，請你畫出實驗電路圖.

解析（1） 電路中的最大電流Imax=ERV=0.2mA（RV用20 kΩ代入），故電流表應選A1.

（2） 滑動變阻器的阻值遠遠小于電壓表的內阻RV，且要求測多組數據，故用變阻器的分壓連接.若變阻器接成限流電路，由于RRV，圖1實驗測量的IV、UV幾乎不隨R的變化而改變，很難測出幾組明顯不同的值，更談不上盡量減小誤差.實驗電路如圖1所示.

例2為測一個阻值約為25 kΩ的電阻，備有下列實驗器材：

A. 電流表（量程100 μA，內阻2 kΩ）；

B. 電流表（量程500 μA，內阻300 Ω）；

C. 電壓表（量程10 V，內阻100 kΩ）；

D. 電壓表（量程50 V，內阻500 kΩ）；

E. 直流穩壓電源（電動勢15 V，最大電流1 A）；

F. 滑動變阻器（最大阻值10 kΩ）；

G. 導線若干.

（1） 電流表應選，電壓表應選；

（2） 畫出測量的電路圖.

解析如果滑動變阻器采用限流接法，由于其總電阻值較小，使待測電阻分得的電壓較大，超出了電壓表C的量程，根據安全原則似應選電壓表D.用電壓表D實驗雖能得出結果，但因所測電壓的最大值尚不到其量程的13，讀圖2數的相對誤差大.為此宜選用電壓表C，并相應采取變阻器的分壓接法，可以保證在電壓表C的量程內使用，提高了測讀的精確度.估算Rx上的最大電流Imax=UmaxRmax=10V25kΩ=400μA，故電流表宜選用B并采用內接法（因RARx）.電路如圖2所示.

例3一電阻額定功率為0.01 W，阻值未知，用歐姆表測其阻值約為40 kΩ.試設計適當的電路，利用伏安法較精確測得其阻值.有下列器材供選用.

A. 電流表，量程300 μA，內阻150 Ω；

B. 電流表，量程1000 μA，內阻45Ω；

C. 電壓表，量程3 V，內阻6 kΩ；

D. 電壓表，量程15 V，內阻30 kΩ；

E. 電壓表，量程50 V，內阻100 kΩ；

F. 1.5 V的干電池兩節；

G. 直流電源，輸出電壓為6 V，額定電流3 A；

H. 直流電源，輸出電壓為24 V，額定電流0.5 A；

I. 直流電源，輸出電壓為100 V，額定電流0.1 A；

J. 滑動變阻器，0～50 Ω，額定功率3 W；

K. 滑動變阻器，0～2 kΩ，額定功率1 W；

L. 開關一個，導線若干.

應該選用的器材是，畫出實驗的電路圖.

解析根據估算待測電阻的最大電流、電壓，選定電流表、電壓表、電源、滑動變阻器等，再確定實驗電路.

（1） 選擇實驗器材：待測電阻的最大電流Imax=PR=0.01W40000Ω=500 μA；最大電壓Umax=PR=0.01W×40000Ω=20 V.若選用量程為1000 μA的電流表，實驗中指針只能在半偏轉以下讀數，引起的偶然誤差較大，故應選用量程300 μA的電流表.

待測電阻的最大實際電壓約為U=IR=3×10-4 A×40×103 Ω=12 V，故應選量程為15 V的電壓表.

電源選用輸出電壓為24 V的直流電源.因待測電阻的阻值遠大于滑動變阻器最大阻值，故應采用分壓接法.若用0～50 Ω的滑動變阻器，其最小電流約為I

min=UR=24V50Ω≈ 0.5 A，最小功率為Pmin=I2R=（0.5 A）2×50 Ω=12.5 W，遠大于其額定功率3 W；而用0～2 kΩ的滑動變阻器，其最小電流I′min=UR=24V2000Ω=0.012 A，最小功率為P′min=I2R=（0.012 A）2×2000 Ω=0.288 W，小于其額定功率1 W.故應選用0～2 kΩ的滑動變阻器.

綜上所述，知應選用的器材是A、D、H、K、L.

（2） 選擇實驗電路：因待測電阻Rx的阻值（約為40 kΩ）與所選量程15 V的電壓表的內阻RV （30 kΩ）接近，故采用電流表內接法；因待測電阻的阻值遠大于所選用0～2 kΩ滑動變阻器的阻值，宜采用分壓解法，電路如圖3所示.

（收稿日期：2015-02-09）