高中物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中對(duì)滑動(dòng)變阻器的選取原則例析

尹家樺

摘 要： 電學(xué)實(shí)驗(yàn)是高中物理課程中的重要內(nèi)容，也是強(qiáng)化學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力的重點(diǎn)和難點(diǎn)。電學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主要目的在于幫助學(xué)生學(xué)習(xí)電路設(shè)計(jì)、電路選擇、儀器選擇等方面知識(shí)，滑動(dòng)變阻器的選取作為歷來(lái)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的難點(diǎn)，也是一項(xiàng)理論知識(shí)結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的重要過(guò)程，是學(xué)生應(yīng)該掌握的基本技能，也是教學(xué)中的難點(diǎn)。本文分析了在物理實(shí)驗(yàn)中，選擇滑動(dòng)變阻器的選取原則，以及在伏安法測(cè)電阻和功率中的實(shí)際應(yīng)用分析。

關(guān)鍵詞： 滑動(dòng)變阻器 高中物理 電學(xué)實(shí)驗(yàn)

滑動(dòng)變阻器是高中學(xué)生電學(xué)實(shí)驗(yàn)必須掌握的器材之一，該器材主要是對(duì)電路形成保護(hù)作用，還能調(diào)節(jié)用電器的電流、電壓，其作用的重要性毋庸置疑，其原理及使用方法雖然簡(jiǎn)單易懂，但是，如何選擇合適的滑動(dòng)變阻器應(yīng)對(duì)不同實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要也是實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵所在。因?yàn)榇祟?lèi)問(wèn)題往往不會(huì)在考試中出現(xiàn)，但又是一項(xiàng)學(xué)生必須掌握的技能，往往成為教學(xué)中的盲點(diǎn)，學(xué)生一旦碰到此類(lèi)問(wèn)題容易束手無(wú)策。

一、高中物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)滑動(dòng)變阻器選取的基本原則

高中階段的電學(xué)實(shí)驗(yàn)主要有：測(cè)定電阻率、繪制小燈泡伏安圖、測(cè)電源內(nèi)阻等。在這些實(shí)驗(yàn)中，關(guān)于滑動(dòng)變阻器的選取主要分為兩大類(lèi)：電阻大小的選擇、接入電路方法。主要遵循以下三大基本原則。

（一）安全性原則

也就是發(fā)揮滑動(dòng)變阻器保護(hù)電路中各元件運(yùn)行安全的主要功能。如果該滑動(dòng)變阻器接入電阻為最大值時(shí)，電路中的電流還是超過(guò)了電流表的限值，就需要改變滑動(dòng)變阻器的接法，或者更換電阻更大的滑動(dòng)變阻器。相對(duì)而言，分壓法對(duì)電路的保護(hù)作用要更加明顯。

（二）目的性原則

若實(shí)驗(yàn)中有明確要求時(shí)，滑動(dòng)變阻器的連接方法和使用方法就必須按照要求進(jìn)行。例如：“電壓從零開(kāi)始調(diào)節(jié)”、“要求較大的電壓變化范圍”等描述，則選用分壓接法，所用滑動(dòng)變阻器的總阻值要相對(duì)小一些。例如：“調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使電路中電流變化比較明顯”等描述，則選用限流電路，滑動(dòng)變阻器的總阻值在該電路中應(yīng)比其他部件的總阻值大。

（三）科學(xué)性原則

也就是說(shuō)，需要分析試驗(yàn)的要求，確定滑動(dòng)變阻器總阻值與待測(cè)電阻的關(guān)系，然后選擇相應(yīng)接法。滑動(dòng)變阻器的選取應(yīng)當(dāng)考慮其電阻值，若阻值比待測(cè)的電阻要小，就用分壓接法；反之，若電阻比待測(cè)電阻阻值大，則限流接法。若提供兩個(gè)滑動(dòng)變阻器，且均滿(mǎn)足條件，則選擇總電阻相對(duì)較小的，從而提高調(diào)節(jié)的靈敏度。

二、電學(xué)實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器選取分類(lèi)與例析

（一）伏安法測(cè)電阻實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器的作用和選擇

伏安法測(cè)電阻實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片改變電路中的電流，多取幾組數(shù)據(jù)，求出在不同的滑動(dòng)電阻中的回路電流，待測(cè)電阻的電流變化。要求滑動(dòng)變阻器的阻值滿(mǎn)足對(duì)于待測(cè)電阻電流的改變，又要保護(hù)待測(cè)電阻處于安全電流下運(yùn)行。例如：選用比待測(cè)電阻大得多的滑動(dòng)變阻器時(shí)，在高阻值端滑動(dòng)時(shí)待測(cè)電阻兩端電壓變化很小。若5Ω待測(cè)電阻用120Ω滑動(dòng)變阻器，當(dāng)滑動(dòng)變阻器阻值在60Ω到120Ω之間變化時(shí)，待測(cè)電阻兩端電壓在電源電壓的1/25～1/13之間變化，數(shù)值的變化不明顯，不利于測(cè)量。若選取滑動(dòng)變阻器電阻值遠(yuǎn)大于待測(cè)電阻時(shí)，則不能使用高阻值進(jìn)行測(cè)量。用低阻值端，較小的滑動(dòng)距離也對(duì)應(yīng)相對(duì)于待測(cè)電阻較大的電阻變化，導(dǎo)致精確調(diào)解無(wú)法做到。然而，所選取的滑動(dòng)變阻器電阻值接近待測(cè)電阻時(shí)，就可以實(shí)現(xiàn)精確調(diào)解，測(cè)量結(jié)果比較準(zhǔn)確，具有說(shuō)服力。

（二）伏安法測(cè)小燈泡電功率的實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器的作用和選擇

伏安法測(cè)小燈泡電功率實(shí)驗(yàn)中的滑動(dòng)變阻器的作用是調(diào)節(jié)其滑片改變小燈泡兩端電壓和通過(guò)電流，測(cè)小燈泡的實(shí)際功率和額定功率。要求選擇滑動(dòng)變阻器的阻值既能改變小燈泡兩端的電壓，又能保護(hù)小燈泡在安全電壓下工作。例：現(xiàn)在測(cè)定標(biāo)有“3.6V，0.32A”燈泡正常發(fā)光時(shí)燈絲的功率，給你的器材如下：開(kāi)關(guān)一只，導(dǎo)線若干，6V的電源，量程為0.6A、3A的電流表一只，量程為3V、15V的電壓表一只，“5Ω，2A”和“10Ω，1A”滑動(dòng)變阻器各一只，測(cè)量時(shí)電表示數(shù)必須超過(guò)所用量程的一半。滑動(dòng)變阻器的規(guī)格應(yīng)選取擇10Ω。電流分析法：

1.測(cè)燈泡電阻的電路如下圖：（這是最常用的兩種測(cè)電阻電路）

2.通過(guò)“3.6V；0.32A”得到的電阻是：11.25Ω。

3.電燈的額定電流是0.32A，所以電路中不能超過(guò)0.2A。

由歐姆定律可知，電壓一定時(shí)，電阻存在最小值R，R=U/I=6V/0.32A=18.75Ω，R=R■+R■，則有18.75Ω=11.25Ω+R■，R■=7.5Ω。滑動(dòng)變阻器需要的最小電阻是7.5Ω，所以選擇“10Ω，1A”滑動(dòng)變阻器。

三、結(jié)語(yǔ)

滑動(dòng)變阻器的選用應(yīng)當(dāng)出于保護(hù)有效、調(diào)節(jié)方便的原則，同時(shí)注意到閉合開(kāi)關(guān)前，滑片應(yīng)置于阻值最大處，逐步縮小選擇范圍，剔除不合要求的選項(xiàng)。這樣，選擇合理的滑動(dòng)變阻器就是一個(gè)水到渠成的過(guò)程。

參考文獻(xiàn)：

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