羅麗蘭

摘要：電學(xué)實(shí)驗(yàn)電路一般可分為電源、控制電路和測(cè)量電路三部分，其中控制電路的核心元件為滑動(dòng)變阻器?；瑒?dòng)變阻器是電路元件，它的工作原理是通過改變接入電路的電阻線的長(zhǎng)度來(lái)改變電阻的，從而逐漸改變電路中的電流大小，達(dá)到使測(cè)量電路的電流和電壓在一個(gè)合適的范圍內(nèi)變化，從而便于多測(cè)幾組數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析和處理，得出結(jié)果。因此在電學(xué)實(shí)驗(yàn)中往往就涉及到有關(guān)滑動(dòng)變阻器的選擇問題，下面就以伏安法測(cè)電阻實(shí)驗(yàn)中有關(guān)滑動(dòng)變阻器選擇的問題進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單闡述。

關(guān)鍵詞：電學(xué)實(shí)驗(yàn)；滑動(dòng)變阻器一.滑動(dòng)變阻器限流式接法和分壓式接法的比較

滑動(dòng)變阻器在電學(xué)實(shí)驗(yàn)中有兩種接法：限流式接法和分壓式接法。

如圖所示的兩種電路中，滑動(dòng)變阻器（最大阻值為R0）對(duì)負(fù)載RL的電壓、電流都能起到控制調(diào)節(jié)作用，把圖（a）電路稱為滑動(dòng)變阻器的限流式接法，圖（b）電路稱為滑動(dòng)變阻器的分壓式接法。

（1）這兩種接法具有的特點(diǎn)：負(fù)載RL上電壓調(diào)節(jié)

范圍（忽略電源內(nèi)阻）負(fù)載RL上電流調(diào)

節(jié)范圍（忽略電源內(nèi)阻）相同條件下電

路消耗的總功率限流式接法RLRL+R0E≤UL≤EERL+R0≤IL≤ERLEIL分壓式接法0≤UL≤E0≤IL≤ERLE（IL+Iap）比較分壓電路調(diào)節(jié)范圍較大分壓電路調(diào)節(jié)范圍較大限流電路能耗較?。?）對(duì)這兩種接法進(jìn)行比較：

1.從調(diào)節(jié)范圍上比較，分壓電路具有調(diào)節(jié)范圍寬的優(yōu)點(diǎn)，其次是它的電流，電壓都包含了0值。

2.從方便調(diào)節(jié)的角度比較，在限流電路中，通RL的電流IL=ERL+R0，當(dāng)R0>RL時(shí)IL主要取決于R0的變化，當(dāng)R0>RL時(shí)，R并≈RL，所以RL兩端電壓隨R0增大而增大，幾乎不受負(fù)載影響。當(dāng)RL比R0小或小很多時(shí)，R并≈R0這時(shí)幾乎不受影響，不宜采用分壓電路?？珊?jiǎn)單的歸納為：大負(fù)載R0>RL時(shí)，分壓電路；小負(fù)載R0

3.從兩電路連線和節(jié)能角度比較，限流電路簡(jiǎn)單，限流電路耗能?。‥IL）；分壓電路復(fù)雜，分壓電路耗能大（E（IL+Iap）。

二.滑動(dòng)變阻器限流式接法和分壓式接法的選擇

根據(jù)滑動(dòng)變阻器兩種接法的不同點(diǎn)，那在實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)滑動(dòng)變阻器在電路中的連接，我們?cè)撌裁磿r(shí)候選用限流式接法，什么時(shí)候選用分壓式接法？

不管滑動(dòng)變阻器以何種接法接入電路，都應(yīng)遵循安全性、方便性、精確性、節(jié)能性等原則綜合考慮，靈活擇取。

1.安全性：通過電源、電阻和電表的電流不能超過其允許的最大電流。例如：有一個(gè)“0.5A，2.5W”的電阻，用12V供電，現(xiàn)有一個(gè)最大阻值為10Ω的滑動(dòng)變阻器，若采用限流接法，滑動(dòng)變阻器取最大阻值時(shí)，此時(shí)電路中的最小電流I=1210+10A=0.6A，仍大于電阻的額定電流0.5A，故不安全，故從安全性考慮須采用分壓。

2.方便性：選用滑動(dòng)變阻器時(shí)應(yīng)考慮對(duì)外供電電壓的變化范圍既能滿足實(shí)驗(yàn)要求，又便于調(diào)節(jié)。例如：滑動(dòng)變阻器的最大值R0 =20Ω，待測(cè)電阻RL=2000Ω，若滑動(dòng)變阻器采用限流式接法，則電路中總電阻的變化范圍為2000Ω——2020Ω，通過待測(cè)電阻上的電流或待測(cè)電阻兩端的電壓變化不明顯，不方便調(diào)節(jié)，不方便采集數(shù)據(jù)，故須采用分壓接法。

3.精確性：應(yīng)使所測(cè)量的問題盡可能準(zhǔn)確。例如：測(cè)量小燈泡伏安特性曲線的實(shí)驗(yàn)中，小燈泡兩端的電壓從零開始描繪，這就必須采用分壓才行，限流是不可能使小燈泡兩端的電壓從零開始的。

4.節(jié)能性：盡可能使電路的耗能較小。若滑動(dòng)變阻器兩種接法都可以的話，從節(jié)能性角度考慮，應(yīng)優(yōu)先選擇滑動(dòng)變阻器限流式接法。

綜合考慮各種原則，則有：

①要求回路中某部分電路的電流或電壓實(shí)現(xiàn)從零開始可連續(xù)調(diào)節(jié)時(shí)（如：測(cè)定導(dǎo)體的伏安特性、校對(duì)改裝后的電表等電路），必須采用分壓接法（零起必分壓）；

②當(dāng)待測(cè)電阻RL遠(yuǎn)大于滑動(dòng)變阻器的最大值R0，且實(shí)驗(yàn)要求的電壓變化范圍較大（或要求測(cè)量多組數(shù)據(jù)）時(shí)，必須采用分壓接法（滑小必分壓）；

③若采用限流接法，滑動(dòng)變阻器阻值調(diào)到最大時(shí)，通過待測(cè)電阻上的電流或兩端的電壓仍超過待測(cè)電阻或電表的額定值，這時(shí)必須采用分壓接法（燒表必分壓）；

④若限流、分壓都可以，則選用限流式，耗能小。

下面通過一道實(shí)例來(lái)體會(huì)一下：

【例題】有一個(gè)待測(cè)電阻R，其阻值大約40Ω～50Ω之間，現(xiàn)要進(jìn)一步測(cè)量其電阻，手邊現(xiàn)有如圖所示器材：

電源E（電動(dòng)勢(shì)12V，內(nèi)阻為0.5Ω）

電壓表（0～3 V～15V，內(nèi)阻約10kΩ）

電流表（0～0.6A～3A，內(nèi)阻約1Ω）

滑動(dòng)變阻器R1（阻值0～10Ω，額定電流2A）

滑動(dòng)變阻器R2（阻值0～1700Ω，額定電流0.3A）

電鍵S和導(dǎo)線若干

要求多次測(cè)量電阻R的電壓U和電流I值，求電阻?，F(xiàn)回答下面問題：

電壓表的量程應(yīng)選 ，電流表的量程應(yīng)選 ，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選 。

在此題中有兩種規(guī)格的滑動(dòng)變阻器， 那在實(shí)驗(yàn)中，我們?cè)撊绾蝸?lái)作出選擇呢？

在此實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)儀器選擇原則，電壓表選擇0-15V，電流表選擇0-0.6A。

若滑動(dòng)變阻器接成限流，則待測(cè)電阻兩端的電壓U=RRA+r+R+RapE，故其電壓可調(diào)范圍為RRA+r+R+R滑E——RRA+r+RE

當(dāng)滑動(dòng)變阻器選R1時(shí)，代入數(shù)據(jù)得0.77E——0.96E；當(dāng)滑動(dòng)變阻器選R2時(shí)，代入數(shù)據(jù)得0.02E——0.96E；從可調(diào)范圍的大小來(lái)看，限流式接法選滑動(dòng)變阻器R2比滑動(dòng)變阻器R1好。但因?yàn)镽2數(shù)據(jù)較大，會(huì)使待測(cè)電阻兩端的電壓U在滑片滑過最初較長(zhǎng)的一段距離，電壓變化不明顯，在接近滑動(dòng)變阻器末端附近移動(dòng)滑片時(shí)，電壓快速變化，這樣很不利于數(shù)據(jù)的采集，誤差較大。

若滑動(dòng)變阻器接成分壓，則待測(cè)電阻兩端的電壓

U=ERRapR+Rap+r+RpbRRapR+Rap=RRapERapr+R滑-Rap+r+R滑R

從式中可以得出，當(dāng)滑動(dòng)變阻器選擇R2時(shí)，滑動(dòng)變阻器的滑片滑過較長(zhǎng)的一段距離時(shí)，U的變化范圍不明顯，接近滑動(dòng)變阻器末端附近時(shí)，電壓的變化太大，不利于數(shù)據(jù)的采集；當(dāng)滑動(dòng)變阻器選擇R1時(shí)，U會(huì)隨Rap的均勻增加而均勻增加，這時(shí)U幾乎由Rap決定，而R的影響可以忽略，因此這種情況容易調(diào)節(jié)且調(diào)節(jié)精度較高，便于數(shù)據(jù)的采集。

綜合分析得在此例題的實(shí)驗(yàn)中應(yīng)選擇分壓接法且滑動(dòng)變阻器選R1，實(shí)驗(yàn)誤差較小。進(jìn)而也可以得出若控制電路中滑動(dòng)變阻器采用分壓接法時(shí)，滑動(dòng)變阻器的最大阻值應(yīng)小于被測(cè)電阻的阻值，一般為待測(cè)電阻的110·～12倍之間為最好。（作者單位：廣東梅縣東山中學(xué)514700 ）