高中物理電學實驗中滑動變阻器的選取芻議

衛 光

(上海市第一中學 200040)

我們首先研究一下2017 學年青浦區一模綜合題 18 題:

如圖1(a)是測干電池的電動勢和內阻實驗.干電池允許的最大供電電流為 0.5A.

(1)現有三種滑動變阻器：

A．1000Ω 、0.1A； B．20Ω 、1.0A;C．10Ω 、2.0A，

實驗時應選用____(填選項序號)；

(2)閉合電建S前，滑線變阻器的滑片P應置于____端(選填“M”或“N”)；

(3)用實驗得到的數據擬合成直線，如圖1(b)所示，該直線對應的方程為：____，該干電池的內阻為____Ω；

(4)實驗中，若增大滑線變阻器的阻值，則電池消耗的總功率將____(選填“變大”、“不變”或“變小”).

(1)問中A選項中，滑動變阻器允許通過的最大電流小于干電池的最大供電電流，A選項錯誤，學生基本都能排除A選項.而B、C選項中滑動變阻器允許通過的最大電流都大于干電池允許的最大供電電流0.5A，很多學生在B、C選項中選取了B，而這道題目的正確答案是C.在電學實驗中到底該如何選取合適的滑動變阻器？

一、電學實驗當中選取滑動變阻器需要遵循的基本原則

1.安全性的原則

在電學實驗過程中，各用電器必須在安全情況下工作.滑動變阻器必須起到保護電路中各部分元件安全使用的作用.若滑動變阻器接入電路中的阻值為最大值時，但是電路中各用電器的電流強度仍高于各用電器的額定電流.我們就需要對滑動變阻器的連接電路進行重新設計，或者使用電阻值更高的滑動變阻器將其進行替換.

2.目標性的原則

當電學實驗中有明確的要求，學生對于滑動變阻器的選取和連接方式就一定要根據要求來操作.例如，“要求較大的電壓變化范圍”，學生便需要選擇分壓法，其用到的滑動變阻器的阻值就會相對更小.

3.科學性的原則

科學性原則就是要求學生必須對實驗的具體要求進行分析，針對滑動變阻器的選擇必須要考量其電阻值的最大值，確定滑動變阻器的阻值和待測電阻之間的關聯性，之后進行電路設計.

二、例談DIS測定電源的電動勢和內阻(學生實驗)中滑動變阻器的選取原則

用DIS測定電源的電動勢和內阻實驗，實驗電路圖如圖2所示.在此實驗過程中，通過對滑動變阻器的滑片進行調節，達到控制電路當中路端電壓的大小，且電路中路端電壓的變化因為調節滑動變阻器滑片而較為明顯.

為了更清晰的展示函數圖線的性質，將x軸最小分度值定為1，y軸的最小分度值定為0.1，顯示圖像如圖圖4(第一象限).通過圖像不難發現，當x不斷增大時，圖線趨于水平，y值變化很小.

對圖線進一步分析，利用圖形計算器求圖線上各點的切線斜率，如圖圖5：

讓我再來看看2017學年青浦區一模綜合題18題，根據題意干電池的內阻約為1.8Ω，R=5r=9Ω.若選B選項，滑動變阻器的最大阻值為20Ω，在高電阻端滑動時，電壓傳感器示數的變化就很小，致使實驗的精確性不能得到保障，所以B選項錯誤，正確的答案是C，滑動變阻器的最大阻值10Ω，接近9Ω.

典型例題(2017年上海市普通高中學業水平等級性考試物理試卷第18題)“用DIS測定電源的電動勢和內阻”的實驗電路如圖6(a)所示，其中定值電阻阻值R1=1Ω.(1)圖6(a)中A為____傳感器，定值電阻R1在實驗中起____的作用；(2)實驗測得的路端電壓U相應電流I的擬合曲線如圖6(b)所示，由此得到電源電動勢E=____V，內阻r=____Ω；(3)實驗測得的數據如圖6(b)所示，則實驗中選用的的滑動變阻器最合理的阻值范圍為( ).

A．0～5Ω B．0～20Ω

C．0～50Ω D．0～200Ω