變阻器的分壓式接法中，該選擇總阻值為多少的變阻器呢
2014-12-26 21:54:46周冬林
新課程·中學(xué) 2014年9期
摘 要：普通高中物理新課程標(biāo)準(zhǔn)明確指出，在物理教學(xué)中要“突出物理學(xué)科特點，發(fā)揮實驗在物理教學(xué)中的重要作用。在進行學(xué)生實驗時，應(yīng)該讓學(xué)生在明確實驗?zāi)康?，理解實驗原理的前提下獨立操作實驗?！备鶕?jù)這一要求，著重分析電學(xué)實驗中控制電路兩種連接方式中分壓式接法的變阻器的選取。
關(guān)鍵詞：滑動變阻器；分壓式接法；控制電路
所謂“分壓式電路”，即讓控制電路與滑動變阻器的一部分電阻并聯(lián)，通過滑動變阻器的滑片來改變與控制電路并聯(lián)部分電阻的阻值，從而改變控制電路的電壓的一種電路連接方式。
電路圖如圖所示。則由電路可以看出，若P在a端，燈泡電壓U=0；P向右滑動的過程中，U逐漸增大；當(dāng)P在b端時，U=E。不難看出，燈泡L兩端電壓的變化范圍在0～E之間。如果燈泡L的額定電壓為U0，則L兩端電壓在0～U0之間。
與限流式接法相比，分壓式接法中，控制電路的電壓調(diào)節(jié)范圍更大。這樣就能取得更多組測量數(shù)據(jù)，以減小誤差，所以，分壓式接法用得更多。下列幾種情況必須選用分壓接法。
1.要求被控制電路的電流（或電壓）從零開始可連續(xù)調(diào)節(jié)時（如：測定導(dǎo)體的伏安特性曲線等電路）；
2.被控制電路的電阻R遠大于滑動變阻器的最大值R0時；
3.實驗要求的電壓變化范圍較大時（或要求測量多組數(shù)據(jù)）；
4.若采用限流接法，電路中實際電壓（或電流）的最小值仍超過電表或電器的額定值時。
以上內(nèi)容對何時選取分壓式接法已經(jīng)作了明確的表述，而且類似的內(nèi)容在各種資料上也不難找到，但是對于應(yīng)該選擇怎樣的滑動變阻器，到底該選擇總阻值大的還是小的，為什么？各大參考資料上卻不詳談，只用寥寥幾個字，一筆帶過，因為想要把這個問題表述清楚，并非易事！這樣就給廣大師生在理解上帶來了不少麻煩。
本文就是著眼于此，做了如下的研究。
本文主要是研究變阻器的接法，不研究電流表的內(nèi)外接法，所以不妨把電表都看作理想電表，于是，控制電路的阻值就是燈泡的電阻RL。把滑動變阻器左半部分的電阻記為R左，右半部分的電阻R右，根據(jù)串并聯(lián)電路的知識可知，上面分壓式電路為【（RL并聯(lián)R左）串聯(lián)R右】，根據(jù)串聯(lián)電路的特點，各電阻所得的電壓與電阻值成正比，可求得并聯(lián)部分的電壓為
下面利用控制變量法，控制燈泡的阻值不變，通過改變滑動變阻器的總阻值，然后滑動變阻器的滑片P來改變控制電路的電壓，當(dāng)R左不同時，得到不一樣的U并，描點作圖，得出規(guī)律。
在上述“描繪小燈泡的伏安特性曲線”的實驗電路圖中，設(shè)電源電動勢為E=10V，小燈泡的阻值RL約為10Ω，滑動變阻器的總長度為l=10cm，aP長度為x（0≤x≤l），則R左=·R，R為滑動變阻器的總阻值。
①當(dāng)R=0.01Ω時，所測數(shù)據(jù)如下表所示：
同理，可以求出②當(dāng)R=1Ω時，③當(dāng)R=10Ω時，④當(dāng)R=100Ω時，⑤當(dāng)R=10kΩ時，各組數(shù)據(jù)。
把上面各組數(shù)據(jù)，在同一坐標(biāo)系里面描點作圖，得到如下圖曲線。
對比各條圖線可知：當(dāng)R
根據(jù)圖線可得出結(jié)論：當(dāng)R>10RL時，已經(jīng)沒有了分壓式接法的優(yōu)勢了；當(dāng)R<10RL時，可以取得比較多的有效的數(shù)據(jù)，尤其當(dāng)R≤RL時，U隨X接近作線性變化。所以，利用分壓式接法時，在條件允許的情況下，應(yīng)當(dāng)選擇R≤RL的變阻器，這樣能盡可能的減小誤差，更能體現(xiàn)分壓式接法的優(yōu)越性！
總之，本文針對學(xué)生在學(xué)習(xí)變阻器的分壓式接法的過程中，對比較難于理解，而課本及相關(guān)參考資料又未作詳細解釋的地方展開了討論。對應(yīng)該要選擇怎么樣的滑動阻器的問題，進行了研究分析，通過描點作圖、比較分析得出了結(jié)論。希望能給讀者帶來些許幫助，不到之處還請批評指正。
參考文獻：
趙慶金.電學(xué)實驗中滑動變阻器兩種連接方式的選擇[J].數(shù)理化學(xué)習(xí)：高中版，2011（10）.
作者簡介：周冬林，男，碩士，就職于廣西壯族自治區(qū)南寧二中，研究方向：理論物理。
