高中物理電學實驗教學中對滑動變阻器的選取

丁兆平

摘要：電學實驗是高中物理課程中的重要內容，也是強化學生動手實踐能力的重點和難點。電學實驗教學的主要目的在于幫助學生學習電路設計、電路選擇、儀器選擇等方面知識，滑動變阻器的選取作為歷來物理實驗教學的難點，也是一項理論知識結合實踐經驗的重要過程，是學生應該掌握的基本技能，也是教學中的難點。滑動變阻器是高中學生電學實驗必須掌握的器材之一，該器材主要是對電路形成保護作用，還能調節用電器的電流、電壓，其作用的重要性毋庸置疑，其原理及使用方法雖然簡單易懂。本文分析了在物理實驗中，選擇滑動變阻器的選取原則，以及在伏安法測電阻和功率中的實際應用分析。

關鍵詞：滑動變阻器；高中物理；電學實驗

滑動變阻器是高中學生電學實驗必須掌握的器材之一，該器材主要是對電路形成保護作用，還能調節用電器的電流、電壓，其作用的重要性毋庸置疑，其原理及使用方法雖然簡單易懂，但是，如何選擇合適的滑動變阻器應對不同實驗教學的需要也是實驗成功的關鍵所在。因為此類問題往往不會在考試中出現，但又是一項學生必須掌握的技能，往往成為教學中的盲點，學生一旦碰到此類問題容易束手無策。

一、高中物理電學實驗教學滑動變阻器選取的基本原則

高中階段的電學實驗主要有：測定電阻率、繪制小燈泡伏安圖、測電源內阻等。在這些實驗中，關于滑動變阻器的選取主要分為兩大類：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

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

（二）目的性原則

若實驗中有明確要求時，滑動變阻器的連接方法和使用方法就必須按照要求進行。例如：“電壓從零開始調節”、“要求較大的電壓變化范圍”等描述，則選用分壓接法，所用滑動變阻器的總阻值要相對小一些。例如：“調節滑動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，滑動變阻器的總阻值在該電路中應比其他部件的總阻值大。

（三）科學性原則

也就是說，需要分析試驗的要求，確定滑動變阻器總阻值與待測電阻的關系，然后選擇相應接法。滑動變阻器的選取應當考慮其電阻值，若阻值比待測的電阻要小，就用分壓接法；反之，若電阻比待測電阻阻值大，則限流接法。若提供兩個滑動變阻器，且均滿足條件，則選擇總電阻相對較小的，從而提高調節的靈敏度。

二、電學實驗中滑動變阻器選取分類與例析

（一）伏安法測電阻實驗中滑動變阻器的作用和選擇

伏安法測電阻實驗中，通過調節滑動變阻器的滑片改變電路中的電流，多取幾組數據，求出在不同的滑動電阻中的回路電流，待測電阻的電流變化。要求滑動變阻器的阻值滿足對于待測電阻電流的改變，又要保護待測電阻處于安全電流下運行。例如：選用比待測電阻大得多的滑動變阻器時，在高阻值端滑動時待測電阻兩端電壓變化很小。若5Ω待測電阻用120Ω滑動變阻器，當滑動變阻器阻值在60Ω到120Ω之間變化時，待測電阻兩端電壓在電源電壓的1/25～1/13之間變化，數值的變化不明顯，不利于測量。若選取滑動變阻器電阻值遠大于待測電阻時，則不能使用高阻值進行測量。用低阻值端，較小的滑動距離也對應相對于待測電阻較大的電阻變化，導致精確調解無法做到。然而，所選取的滑動變阻器電阻值接近待測電阻時，就可以實現精確調解，測量結果比較準確，具有說服力。

（二）伏安法測小燈泡電功率的實驗中滑動變阻器的作用和選擇

伏安法測小燈泡電功率實驗中的滑動變阻器的作用是調節其滑片改變小燈泡兩端電壓和通過電流，測小燈泡的實際功率和額定功率。要求選擇滑動變阻器的阻值既能改變小燈泡兩端的電壓，又能保護小燈泡在安全電壓下工作。例：現在測定標有“3.6V，0.32A”燈泡正常發光時燈絲的功率，給你的器材如下：開關一只，導線若干，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”滑動變阻器各一只，測量時電表示數必須超過所用量程的一半。滑動變阻器的規格應選取擇10Ω。電流分析法：

1.測燈泡電阻的電路如下圖：（這是最常用的兩種測電阻電路）

2.通過“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0.2A。

由歐姆定律可知，電壓一定時，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。滑動變阻器需要的最小電阻是7.5Ω，所以選擇“10Ω，1A”滑動變阻器。

三、結語

電學實驗是高中物理課程中的重要內容，也是強化學生動手實踐能力的重點和難點。電學實驗教學的主要目的在于幫助學生學習電路設計、電路選擇、儀器選擇等方面知識，滑動變阻器的選取作為歷來物理實驗教學的難點，也是一項理論知識結合實踐經驗的重要過程，是學生應該掌握的基本技能，也是教學中的難點。滑動變阻器的選用應當出于保護有效、調節方便的原則，同時注意到閉合開關前，滑片應置于阻值最大處，逐步縮小選擇范圍，剔除不合要求的選項。這樣，選擇合理的滑動變阻器就是一個水到渠成的過程。endprint