楊青華+?おお?

滑動變阻器的連接方式和阻值的選擇在平時(shí)電學(xué)實(shí)驗(yàn)及高考實(shí)驗(yàn)題中經(jīng)常涉及，在限流式、分壓式連接滑動變阻器方面，有很多相關(guān)研究，但對滑動變阻器阻值的選擇問題涉及甚少。學(xué)生遇到限流式與分壓式滑動變阻器阻值的選擇問題時(shí)，經(jīng)?？坑涀〉囊恍┙Y(jié)論作答，不清楚選擇的原因。本文主要從實(shí)驗(yàn)角度分析滑動變阻器阻值大小對測量電路的影響，總結(jié)出限流式及分壓式接法滑動變阻器阻值的選擇方法。

1限流式接法滑動變阻器阻值的選擇理論分析

如圖1所示，負(fù)載電阻R0，變阻器總電阻R1，電源電動勢E，內(nèi)阻不計(jì)。調(diào)節(jié)滑片p的位置，可連續(xù)改變ab間的電阻Rap，從而使整個(gè)電路的電流I隨之變化。這里對滑動變阻器的要求是，滑動變阻器對電流的調(diào)節(jié)最好是線性的，不要突變，電流大小的變化范圍要盡量大。

設(shè)滑動變阻器接入電路的長度為x，滑動變阻器總長為L（0≤x≤L），由閉合電路歐姆定律：

I=ERap+R0

I0=ER0，

k=R1R0，Rap=xLR1

得：I=I0Lkx+L

從公式中可以看出，當(dāng)移動滑動變阻器接入電路的長度為x時(shí)，電路中的電流I隨之變化。下面通過實(shí)驗(yàn)研究滑動變阻器接入不同長度x時(shí)，電流I隨x的變化情況。

2限流式接法滑動變阻器阻值的選擇實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)器材：學(xué)生電源，開關(guān)，電流表，電壓表，定值電阻阻值50 Ω，最大阻值分別為5 Ω、20 Ω、50 Ω、200 Ω、500 Ω的滑動變阻器，導(dǎo)線若干。

為了能清楚的看到滑動變阻器接入電路的長度，事先在滑動變阻器上標(biāo)上刻度。

按滑動變阻器限流式接法實(shí)驗(yàn)電路圖（見圖1），先接入阻值為5 Ω的滑動變阻器，連接電路實(shí)物圖，如圖2所示。閉合開關(guān)，滑動變阻器的長度從零開始，逐漸增大。記錄對應(yīng)電流表的電流I與滑動變阻器接入電路的長度x，記錄幾組數(shù)據(jù)。完成實(shí)驗(yàn)后，關(guān)閉開關(guān)，斷開電源。更換滑動變阻器，依次接入最大阻值為20 Ω、50 Ω、200 Ω，500 Ω的滑動變阻器，同樣改變滑動變阻器接入電路中的長度x，記錄相應(yīng)的長度x與電流表的數(shù)值I。在表1中分別記錄5次實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。利用表格中的數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙中畫出I-x的關(guān)系圖像，如圖3所示。

從圖3中可以直觀地看出，當(dāng)k很小時(shí)，電流I的變化范圍較小，表示滑動變阻器對電流的控制作用不大，但電流變化過程中的線性和均勻性較好。當(dāng)k較大時(shí)，可以看到x接近零時(shí)電流變化異常劇烈，其線性較差，給調(diào)節(jié)帶來較大困難。

綜合分析可得，為了使負(fù)載R0既能得到較寬的電流調(diào)節(jié)范圍，又能使電流均勻變化，限流式實(shí)驗(yàn)電路中選擇滑動變阻器時(shí)，應(yīng)使滑動變阻器總電阻R1大于定值電阻R0，一般滿足

R1的阻值為R0阻值的2～5倍。

3分壓式接法滑動變阻器阻值的選擇理論分析

圖4為滑動變阻器分壓式接法電路圖，當(dāng)滑片p置于某位置時(shí)，負(fù)載R0上電壓為U。

由閉合電路歐姆定律得：

U=ERpb+R0RapR0+Rap·R0RpbR0+Rap

=ER0RapR0R1+RapRpb=ER0RapR0R1+Rap（R1-Rap）

令k=R0R1，x=RapR1（0≤x≤1）

則U=Ekxk+x（1-x）

從公式中可以看出，負(fù)載兩端的電壓隨著接入滑動變阻器長度x的變化而變化。下面通過實(shí)驗(yàn)研究分壓式接法負(fù)載兩端電壓值U與滑動變阻器接入電路長度x的關(guān)系。

4分壓式接法滑動變阻器阻值的選擇實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

按滑動變阻器分壓式接法實(shí)驗(yàn)電路圖（見圖4），先接入阻值為5 Ω的滑動變阻器，連接電路實(shí)物圖，如圖5所示。閉合開關(guān)，滑動變阻器的長度從零開始，逐漸增大，記錄對應(yīng)的電壓表U與滑動變阻器接入電路的長度x。完成實(shí)驗(yàn)后，斷開開關(guān)，關(guān)閉電源。

更換滑動變阻器，依次接入最大阻值為20 Ω、50 Ω、200 Ω的滑動變阻器，同樣改變滑動變阻器接入電路中的長度x，記錄x及對應(yīng)的電壓值U。在表2中分別記錄4次實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)U-x。利用表格中的數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙中畫出U-x圖像，如圖6所示。

從圖6可以看出，當(dāng)k>1時(shí)，U-x基本呈線性關(guān)系，表明調(diào)節(jié)滑動變阻器時(shí)，負(fù)載電壓變化均勻。當(dāng)k很小時(shí)，如k=0.25，R1=200 Ω，在0～7 cm的范圍內(nèi)，電壓變化范圍較小，x接近7時(shí)，R0上電壓迅速增加，說明調(diào)節(jié)電壓較困難?？梢酝葡氘?dāng)R1更大時(shí)，在0～7 cm范圍內(nèi)電壓可調(diào)范圍更小，在某一位置突變后，想要獲取多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)十分困難。

選擇分壓電路的滑動變阻器阻值時(shí)，從電壓調(diào)節(jié)均勻角度及操作可行性方面考慮，應(yīng)使得滑動變

阻器的阻值R1小于負(fù)載電阻R0，在實(shí)際分壓電路中，一般滑動變阻器R1的阻值為R0阻值的01～05倍。

綜上所述，本文通過實(shí)驗(yàn)的方法研究限流式、分壓式滑動變阻器阻值的選擇方法，實(shí)驗(yàn)操作方便，現(xiàn)象明顯，結(jié)論易于總結(jié)。