王仁泉

(南通市天星湖中學(xué) 江蘇 南通 226010)

在電學(xué)實(shí)驗(yàn)的有關(guān)直流電路問題中，經(jīng)常會(huì)要求學(xué)生畫出實(shí)驗(yàn)電路圖．其中，滑動(dòng)變阻器是很常見的電學(xué)元件，滑動(dòng)變阻器接入電路通常有兩種接法：限流接法和分壓接法．選擇怎樣的電路就是一個(gè)必須首先解決的問題，對(duì)滑動(dòng)變阻器的選擇也是一個(gè)讓學(xué)生容易出錯(cuò)的地方．筆者從理論和DIS實(shí)驗(yàn)兩個(gè)角度進(jìn)行對(duì)比，以期讓學(xué)生有一個(gè)更加全面的認(rèn)識(shí)，從而能夠更好地解決相關(guān)的問題．

1 兩種接法的比較

表1 接法對(duì)比

由表1可以看出，滑動(dòng)變阻器的分壓式接法中，電壓和電流的調(diào)節(jié)范圍大，而限流式由于電路簡(jiǎn)單且只有部分電阻接入電路，故接法較節(jié)能．

在實(shí)際問題中，我們應(yīng)該如何來進(jìn)行電路及滑動(dòng)變阻器的選擇？筆者用不同阻值的滑動(dòng)變阻器對(duì)兩種接法進(jìn)行了傳感器的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，通過計(jì)算機(jī)直觀顯示了待測(cè)電阻上的電壓隨阻值變化的情況，在此基礎(chǔ)上再加以歸納、總結(jié)，取得較好的效果．

2 DIS對(duì)比實(shí)驗(yàn)

設(shè)被測(cè)電阻R的阻值大約為20 Ω，選4種滑動(dòng)變阻器，總阻值R0分別為5 Ω，20 Ω，50 Ω，200 Ω，利用表1中的電路圖，分別對(duì)兩種接法進(jìn)行計(jì)算機(jī)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示．其中圖3(a)為限流接法，圖3(b)為分壓接法，兩圖中的a,b,c,d圖線分別由5 Ω，20 Ω，50 Ω，200 Ω的滑動(dòng)變阻器實(shí)驗(yàn)所得．另外，為了方便對(duì)所得圖線的控制，限流接法中的阻值調(diào)節(jié)與實(shí)際實(shí)驗(yàn)相反，是由小到大地變化．

圖3 兩種接法計(jì)算機(jī)對(duì)比實(shí)驗(yàn)

由圖3(a)可以看出，在滑動(dòng)變阻器的限流接法中，要充分發(fā)揮滑動(dòng)變阻器的調(diào)節(jié)功能，即滑片從左向右移動(dòng)過程中，要使被測(cè)電阻的電壓發(fā)生明顯的變化，而且是近乎直線的均勻變化，選擇阻值與被測(cè)電阻阻值相當(dāng)?shù)幕瑒?dòng)變阻器效果最好，如圖3(a)中的圖線b．如果滑動(dòng)變阻器的阻值太小了，則被測(cè)電阻上的電壓變化范圍比較小，如圖線a；如果太大了，僅僅是在滑到與被測(cè)電阻阻值相當(dāng)過程是明顯的、均勻的變化，之后的變化就不太明顯了，尤其如圖線d，這也進(jìn)一步說明了在選擇滑動(dòng)變阻器時(shí)，并不是阻值越大越好，而是在可行的情況下選擇阻值與被測(cè)電阻相當(dāng)?shù)幕瑒?dòng)變阻器，這也很好地解釋了學(xué)生“反正是限流接法，為什么不去選擇阻值最大的那個(gè)滑動(dòng)變阻器？”的困惑．

由圖3(b)可以看出，滑動(dòng)變阻器的阻值越小，所得到的圖線越趨于直線，如圖線a．即在滑動(dòng)變阻器的分壓接法中，要充分發(fā)揮滑動(dòng)變阻器的調(diào)節(jié)功能，也就是說，滑片從左向右移動(dòng)過程中，要使被測(cè)電阻的電壓能夠盡可能地均勻變化，選擇阻值比被測(cè)電阻的阻值小得多的滑動(dòng)變阻器效果最好．

有了上面的定性分析和數(shù)字實(shí)驗(yàn)對(duì)比，就可以順其自然地總結(jié)、歸納接法以及選擇合適的滑動(dòng)變阻器．

3 電路結(jié)構(gòu)及滑動(dòng)變阻器的選擇

(1)必須使用分壓式接法的幾種情況

1)若采用限流式接法不能控制電流滿足實(shí)驗(yàn)要求，即若滑動(dòng)變阻器阻值調(diào)到最大時(shí)，待測(cè)電阻上的電流(或電壓)仍超過電流表(或電壓表)的量程，或超過待測(cè)電阻的額定電流(或電壓)，則必須選用分壓式接法．

2)若待測(cè)電阻的阻值比滑動(dòng)變阻器總電阻大得多，以致在限流電路中，滑動(dòng)變阻器的滑片從一端滑到另一端時(shí)，待測(cè)電阻上的電流或電壓變化不明顯，此時(shí)，應(yīng)改用分壓電路．

3)若實(shí)驗(yàn)中要求電壓從零開始調(diào)節(jié)，則必須采用分壓式接法．

在兩種電路均可使用的情況下，應(yīng)優(yōu)先采用限流式接法，因?yàn)橄蘖魇浇臃娐泛?jiǎn)單、耗能低．

(2)兩種接法選擇滑動(dòng)變阻器的原則

如果R很小，限流式接法中滑動(dòng)變阻器分得電壓較大，調(diào)節(jié)范圍也比較大．R很大時(shí)，分壓式接法中R幾乎不影響電壓的分配，滑片移動(dòng)時(shí)，電壓變化接近線性關(guān)系，便于調(diào)節(jié)．

1)限流式接法適合測(cè)量阻值小的電阻，選擇滑動(dòng)變阻器的原則是與待測(cè)電阻差不多或略大．

2)分壓式接法適合測(cè)量阻值較大的電阻，所選擇的滑動(dòng)變阻器阻值要盡可能小，但是要注意額定電流不能太小，因?yàn)榛瑒?dòng)變阻器上有一部分電阻上的電流為待測(cè)電阻上的電流與被分壓電阻上的電流之和．