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        電學(xué)實(shí)驗(yàn)中的滑動(dòng)變阻器

        2008-12-31 00:00:00袁振卓
        物理教學(xué)探討 2008年20期

        在電學(xué)試驗(yàn)中,經(jīng)常用滑動(dòng)變阻器對(duì)電壓、電流進(jìn)行調(diào)控?;瑒?dòng)變阻器在電路中通常有兩種連接方法,下面通過(guò)實(shí)例詳細(xì)的分析其連接原理。

        1 滑動(dòng)變阻器的限流接法

        如圖1所示電路圖,電路中滑動(dòng)變阻器起限流作用,負(fù)載R0的電壓調(diào)節(jié)范圍約為R0R0+RE-E。在合上開(kāi)關(guān)前,要使滑動(dòng)變阻器所使用的阻值最大,因此在閉合開(kāi)關(guān)前一定要檢查滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P是否在最大值的一端(圖1中應(yīng)在a端)

        2 滑動(dòng)變阻器的分壓接法

        如圖2所示電路圖,電路中滑動(dòng)變阻器起分壓作用,當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P自a端向b端滑動(dòng)時(shí),負(fù)載上電壓的范圍約為0-E,顯然比滑動(dòng)變阻器限流接法時(shí),電壓調(diào)節(jié)范圍大,合上開(kāi)關(guān)前滑片應(yīng)在a端,以使負(fù)載R0上的電壓和電流最小。

        3 滑動(dòng)變阻器的選擇方法

        通常情況下根據(jù)使用的方便性,滑動(dòng)變阻器以限流接法為主,但在下列情況下,必須選擇滑動(dòng)變阻器的分壓接法。

        3.1 題目所提供的實(shí)驗(yàn)儀器,電表量程不夠,即電壓表或電流表量程太小。

        例1 用伏安法測(cè)金屬的電阻RX(約為5Ω)的值,已知電流表內(nèi)阻為1Ω,量程為0.6A,電壓表內(nèi)阻為幾千歐,量程為3V,電源電動(dòng)勢(shì)為9V,滑動(dòng)變阻器的阻值為0-6Ω,額定電流為5A,請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)出測(cè)量RX的電路原理圖。

        解析 因?yàn)镽VRX﹥RXRA,所以電流表應(yīng)采用外接法。若滑動(dòng)變阻器用限流接法,則負(fù)載RX的電壓變化范圍為4511-9V,顯然所提供的電壓表量程不夠,應(yīng)采用分壓接法,電路如圖3所示。

        3.2 滑動(dòng)變阻器的阻值遠(yuǎn)小于被測(cè)電阻或電路中串聯(lián)的其他電阻阻值。

        在滑動(dòng)變阻器的阻值遠(yuǎn)小于被測(cè)電阻或電路中串聯(lián)的其他電阻阻值時(shí),若采用串聯(lián)限流接法,即使滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)頭從一端滑至另一端,電路中電流變化仍極小,此時(shí)電路應(yīng)采用分壓接法。

        例2 某電壓表的內(nèi)阻在20KΩ 50KΩ之間,現(xiàn)要測(cè)量其內(nèi)阻,實(shí)驗(yàn)室提供下列可選用的器材:

        待測(cè)電壓表V(量程3V)

        電流表A1(量程200μA)

        電流表A2(量程5mA)

        電流表A3(量程0.6A)

        滑動(dòng)變阻器R(最大阻值1KΩ)

        電源E(電動(dòng)勢(shì)4V)

        開(kāi)關(guān)K

        ⑴所提供的電流表中,應(yīng)選用_____(填寫(xiě)字母代號(hào))

        ⑵為了盡量減小誤差,要求測(cè)多組數(shù)據(jù)。試在圖4方框中畫(huà)出符合要求的實(shí)驗(yàn)電路圖。

        

        解析 ⑴因電壓表的內(nèi)阻在20KΩ 50KΩ之間電源電動(dòng)勢(shì)為4V,所以經(jīng)過(guò)電壓表最大電流為200μA,應(yīng)選用電流表A1。

        ⑵滑動(dòng)變阻器如果采用限流接法,則電壓調(diào)節(jié)范圍為R′ER′+R E,其中電壓表內(nèi)阻R′值很大,這樣使得R′ER′+R接近于E,調(diào)節(jié)范圍太小,實(shí)驗(yàn)無(wú)法完成,因此滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用并聯(lián)分壓接法,如圖5所示。

        3.3 要求回答中某部分電路的電壓從零開(kāi)始連續(xù)變化。

        例3 在“描繪小燈泡的伏安特性曲線”的實(shí)驗(yàn)中,使用的小燈泡“6V,3W”,其他供選擇的器材有:電壓表V(量程6V,內(nèi)阻20KΩ);電流表 (量程3A,內(nèi)阻0.2Ω );電流表A2(量程0.6A,內(nèi)阻1Ω);變阻器R1(0-1000Ω,0.5A);變阻器R2(0-20Ω,2A);學(xué)生電源E(6-8V);開(kāi)關(guān)S及導(dǎo)線若干。

        ⑴實(shí)驗(yàn)中要求在電壓表0-6V范圍內(nèi)讀取并記錄下12組左右不同的電壓值U和對(duì)應(yīng)的電流值I,以便作出伏安特性曲線,則在上述器材中,電流表應(yīng)選_______,變阻器應(yīng)選______。

        ⑵該實(shí)驗(yàn)為什么必須采用電流表外接法?

        ⑶畫(huà)出此實(shí)驗(yàn)的原理圖。

        解析 因?yàn)槭褂玫男襞轂椤蔼?V,3W”,根據(jù)公式P=UI得:I=PU=3W6V=0.5A,所以應(yīng)選用電流表A2(量程0.6A,內(nèi)阻1Ω)。由公式P=U2R得:R=U2P=623Ω=12Ω。因?yàn)镽VRX﹥RXRA,所以電流表應(yīng)采用外接法。實(shí)驗(yàn)中要求在電壓表0-6V范圍內(nèi)讀取并記錄下12組左右不同的電壓值U和對(duì)應(yīng)的電流值I,所以應(yīng)采用分壓法,變阻器應(yīng)為變阻器R2(0-20Ω,2A)。此實(shí)驗(yàn)的原理圖如圖6所示。

        3.4 要求對(duì)改裝后的電壓表進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí),應(yīng)把滑動(dòng)變阻器接成分壓電路

        

        例4 將滿偏電流Ig=300μA、內(nèi)阻未知的電流表G改裝成電壓表并進(jìn)行核對(duì)。

        ⑴利用圖7所示的電路測(cè)量電流表G的內(nèi)阻(圖中電源的電動(dòng)勢(shì)為4V):先閉合s1,調(diào)節(jié)R,使電流表指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度;再閉合s2,保持R不變,調(diào)節(jié)R′,使電流表指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度的23,讀出此時(shí)R′的阻值為200Ω,則電流表內(nèi)阻的測(cè)量值Rg=_____Ω。

        ⑵將該表改裝成量程為3V的電壓表,需(填“串聯(lián)”或“并聯(lián)”)阻值為R0=_____Ω的電阻。

        ⑶把改裝好的電壓表與標(biāo)準(zhǔn)電壓表進(jìn)行核對(duì),畫(huà)出實(shí)驗(yàn)電路圖。

        解析 ⑴設(shè)電流表滿偏時(shí),示數(shù)為I,根據(jù)并聯(lián)電路的特點(diǎn)有:2I3#8226;Rg=I3#8226;R′,所以Rg=100Ω。

        ⑵把電流表改裝為電壓表需串聯(lián)電阻,根據(jù)串聯(lián)電路特點(diǎn):IgRg=U-IgR0,代入數(shù)值得:R0=9900Ω。

        ⑶校準(zhǔn)電表要求是對(duì)改裝好的電壓表量程程范圍內(nèi)的任意電壓進(jìn)行校準(zhǔn),電壓調(diào)節(jié)范圍應(yīng)大且從零開(kāi)始慢慢的增大,因此采用分壓接法,如圖8所示。

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