近年來高考中的物理實(shí)驗(yàn)不乏新穎靈活，尤其是設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，既源于教材，又高于教材，綜合考查了學(xué)生靈活應(yīng)用知識(shí)的能力，創(chuàng)造能力和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α？梢钥隙ǖ恼f，此類實(shí)驗(yàn)仍是今后高考考查的熱點(diǎn)。筆者就電學(xué)設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了一些有益的探索。電學(xué)設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)的主干：一是測量電路，主要是由電表與電阻構(gòu)成；二是控制電路，主要是由滑動(dòng)變阻器構(gòu)成。其關(guān)鍵：一是實(shí)驗(yàn)原理，二是器材選取。就控制電路而言，器材選取是實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵因素，是學(xué)習(xí)和復(fù)習(xí)必須分清和重視的基本知識(shí)。

控制電路的重要元件是滑動(dòng)變阻器。

滑動(dòng)變阻器是通過改變電阻絲的長度來調(diào)節(jié)電阻值的一種變阻器，結(jié)構(gòu)如圖1所示。表面涂有絕緣漆的電阻絲密繞在絕緣管（瓷管或膠木管）上，電阻絲的兩端分別接在絕緣管兩端的接線柱A、B上。電阻絲與滑片接觸的地方，絕緣漆已經(jīng)被刮開，以保持滑片內(nèi)側(cè)觸點(diǎn)與電阻絲連通?；琍可沿金屬桿左右滑動(dòng)，金屬桿兩端裝有兩個(gè)接線柱C、D，無論選擇C、D中的哪一個(gè)接線柱，效果相同，即C、D為等效電勢(shì)點(diǎn)。

滑動(dòng)變阻器的基本連接方式：（其中Rf為測量電路的負(fù)載，R0為滑動(dòng)變阻器的最大值，U為“+”、“-”兩點(diǎn)間的電勢(shì)差）。

1.限流式接法：如圖2甲所示，連接滑動(dòng)變阻器的導(dǎo)線應(yīng)接其同側(cè)端或?qū)蔷€端(圖2)。

電路特點(diǎn)：電路簡單，能耗少，但電流電壓的調(diào)節(jié)范圍較小：負(fù)載Rf 上的電壓調(diào)節(jié)范圍：Rf U／(Rf+R0)≤Uf≤U；Rf上的電流調(diào)節(jié)范圍:U／(Rf+R0)≤If≤U／Rf。

滑動(dòng)變阻器的選用：一般用于負(fù)載的電阻小于變阻器電阻值或與變阻器電阻值差不多時(shí)，用作控制電路。通常限流式接法選較大電阻值的滑動(dòng)變阻器，這是減小實(shí)驗(yàn)誤差的需要。

例1 用伏安法測量某電阻Rx的阻值，現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)器材如下：

A．待測電阻R：范圍在5~8Ω，額定功率1W；

B．電流表○A1：量程0~0.6A（內(nèi)阻0.2Ω）；

C．電流表○A2：量程0~3A（內(nèi)阻0.05Ω）；

D．電壓表○V1：量程0~3V（內(nèi)阻3kΩ）；

E．電壓表○V2：量程0~15V（內(nèi)阻15kΩ）；

F．滑動(dòng)變阻器R：0~100Ω；

G．蓄電池：電動(dòng)勢(shì)12V；

H．導(dǎo)線，電鍵。

為了準(zhǔn)確地測量，并保證器材安全，電流表應(yīng)選_____，電壓表應(yīng)選_____，并畫出電路圖。

解析 該題既要選擇線路結(jié)構(gòu)，又要選擇儀器。先確定測量電路，額定電壓Um=PRx=8≈2.8V，應(yīng)選電壓表○V1。額定電流 Im=PRx=15≈0.45A應(yīng)選電流表○A1。由RARV=24.5Ω＞Rx知，應(yīng)選外接法。再確定控制電路。由R=100Ω＞10Rx知，應(yīng)選擇限流方式電路，其電路圖如圖3所示。

2.分壓式接法：（圖4）如圖乙所示，與滑片相連的電路和變阻絲并聯(lián)分壓，必須上接一端下接兩端。

電路特點(diǎn)：電流電壓的調(diào)節(jié)范圍較大（可以從零起調(diào)）：負(fù)載Rf上的電壓調(diào)節(jié)范圍：

0≤Uf≤U；

Rf上的電流調(diào)節(jié)范圍：

0≤I≤U／Rf。

滑動(dòng)變阻器的選用：①通常測量電路中（實(shí)驗(yàn)儀器——電表量程或待測電阻）的最大允許電流小于限流電路中的最小電流，需要用分壓式；

②當(dāng)負(fù)載電阻遠(yuǎn)大于變阻器阻值（Rf≥R0），負(fù)載分壓所得到的電壓幾乎與負(fù)載無關(guān)，僅由與負(fù)載相連的滑片的位置確定。

③要求盡可能高的精度，并能測得多組數(shù)據(jù)是，（如校電表），必須用分壓式。

例2 如圖5所示為用伏安法測量一個(gè)定值電阻阻值的實(shí)驗(yàn)所需的器材實(shí)物圖，器材規(guī)格如下：

（1）待測電阻Rx（約100Ω）；

（2）直流毫安表（量程0~10mA，內(nèi)阻50Ω）；

（3）直流電壓表（量程0~3V，內(nèi)阻5kΩ）；

（4）直流電源（輸出電壓4V，內(nèi)阻不記）；

（5）滑動(dòng)變阻器（阻值范圍0~15Ω，允許最大電流1A）；

（6）電鍵1個(gè)，導(dǎo)線若干條。

根據(jù)器材的規(guī)格和實(shí)驗(yàn)要求，在本題的實(shí)物圖上連線。

解析 該題中儀器已給定，只需選擇線路結(jié)構(gòu)。

解1：先確定測量電路，由R0=RARV=500Ω﹥Rx 知，應(yīng)選外接法；再確定控制電路，由R=15Ω＜Rx/2知，應(yīng)選分壓式電路；最后畫出電路圖如圖6所示。實(shí)物連線如圖7所示。

解2：測量電路Rx/RA=100/50=2，沒達(dá)到內(nèi)接要求，又因?yàn)镽V/RA=5 000/100=50，所以電流表用外接?？刂齐娐啡粲孟蘖魇诫娐?，當(dāng)開始使用最大阻值時(shí)電路中的最小電流Ii=E/（R+RA+Rx ）=4/（100+15+50）≈0.022 4A=24mA，已超電流表量程，所以為保護(hù)器材，必須用分壓式電路，且開始時(shí)觸頭滑到最右端，使流過電流表電流最小。

連線時(shí)應(yīng)先連電源，開關(guān)，滑動(dòng)變阻器兩端，再連電流表電壓表。

總之，滑動(dòng)變阻器的電阻值僅由滑片位置（即滑片移動(dòng)時(shí)的電阻值的長度）確定，可以連續(xù)改變電阻值，選用的變阻器電阻值越低，單位長度阻值就越小，滑片移動(dòng)時(shí)引起的電阻值變化率就越小，使得電路控制也就越精細(xì)，越方便。因此，在實(shí)驗(yàn)許可的范圍，應(yīng)盡量選阻值低的變阻器。

(欄目編輯王柏廬)

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