蔣華奇

[摘? ?要]變阻器在動(dòng)態(tài)電路、電學(xué)實(shí)驗(yàn)、電阻特殊測(cè)量中有著廣泛的運(yùn)用，只是變阻器在不同電路中扮演著不同的角色。為此，文章結(jié)合教學(xué)實(shí)踐對(duì)變阻器的類型及作用進(jìn)行分析。

[關(guān)鍵詞]變阻器;作用;電學(xué)實(shí)驗(yàn)

[中圖分類號(hào)]? ? G633.7? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]? ? A? ? ? ? [文章編號(hào)]? ? 1674-6058（2021）05-0059-02

在電學(xué)學(xué)習(xí)中，變阻器是必不可少的器材，可以說變阻器貫穿整個(gè)電學(xué)學(xué)習(xí)的始終，在電學(xué)的動(dòng)態(tài)電路、電學(xué)實(shí)驗(yàn)、電阻的特殊測(cè)量中都有廣泛的應(yīng)用，只是變阻器在不同電路中所起的作用不同。為此，下面對(duì)變阻器的類型及其作用進(jìn)行分析。

一、變阻器的類型和區(qū)別

初中物理電學(xué)教學(xué)中常見的變阻器有滑動(dòng)變阻器和電阻箱，如圖1所示，它們大多數(shù)是通過改變接入電路中電阻絲的長(zhǎng)度改變電阻，從而改變電路中的電流和電壓，有時(shí)還起到保護(hù)電路的作用，不過滑動(dòng)變阻器和電阻箱在改變電阻和讀數(shù)方面各有優(yōu)缺點(diǎn)，如表1所示。對(duì)電阻箱的讀數(shù)方法：各旋盤對(duì)應(yīng)的指示點(diǎn)（Δ）的示數(shù)乘面板上標(biāo)記的倍數(shù)，然后加在一起，就是接入電路的阻值，而滑動(dòng)變阻器則不能直接讀出其接入電路的阻值。

二、滑動(dòng)變阻器的作用

1.滑動(dòng)變阻器在動(dòng)態(tài)電路中的作用

將滑動(dòng)變阻器接入電路中，通過移動(dòng)滑動(dòng)變阻的器滑片改變電路中的電阻，進(jìn)而改變電路中的電流、電壓等物理量，形成動(dòng)態(tài)電路。形成的動(dòng)態(tài)電路問題不僅是電學(xué)中一種重要題型，更是設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)電路問題的原型，如圖2是將電流表改裝成油量表的電路中，將滑動(dòng)變阻器串聯(lián)接入電路，通過滑動(dòng)變阻器滑片的移動(dòng)改變電路中的電流，即可顯示油量表示數(shù)的大小變化;又如測(cè)量身高的電子身高測(cè)量?jī)x，如圖3所示，該裝置的核心元件是滑動(dòng)變阻器R2，當(dāng)被測(cè)者身高增加時(shí)，滑動(dòng)變阻器R2阻值增大，根據(jù)串聯(lián)電路分壓原理[R1R2=U1U2]可知，U2增大，電壓表示數(shù)變大，即電子身高測(cè)量?jī)x表讀數(shù)變大。

2.滑動(dòng)變阻器在電學(xué)實(shí)驗(yàn)中的作用

電學(xué)實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常要使用滑動(dòng)變阻器，變阻器在不同實(shí)驗(yàn)中作用有所不同。下面對(duì)教材中幾個(gè)典型實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器的作用進(jìn)行簡(jiǎn)單歸納，如表2 所示，以便學(xué)生更清晰地認(rèn)識(shí)滑動(dòng)變阻器。

3.將滑動(dòng)變阻器當(dāng)成定值電阻使用

滑動(dòng)變阻器在伏安法測(cè)電阻實(shí)驗(yàn)中的作用不僅僅限于表2中的介紹，更重要的是可以利用滑動(dòng)變阻器最大值這個(gè)已知條件，在缺少電流表或電壓表的情況下，將滑動(dòng)變阻器當(dāng)成定值電阻使用。

如圖4所示是缺電流表的類型，利用電壓表和滑動(dòng)變阻器來測(cè)量Rx的阻值。

操作步驟：（1）將滑動(dòng)變阻器滑片P移到a端，記下電壓表的示數(shù)為U1，即電源電壓為U1;

（2）將滑動(dòng)變阻器滑片P移到b端，記下電壓表的示數(shù)為U2，則此時(shí)滑動(dòng)變阻器R0的電壓為U1-U2;

（3）利用串聯(lián)電路分壓原理可得[RxR0=U2U1-U2]，即[Rx=U2U1-U2?R0]。

如圖5所示是缺電壓表的類型，利用電流表與滑動(dòng)變阻器來測(cè)量Rx的阻值。

操作步驟：（1）將滑動(dòng)變阻器滑片P移到a端，記下電流表的示數(shù)I1，則電源電壓為U=I1·Rx;

（2） 將滑動(dòng)變阻器滑片P移到b端，記下電流表的示數(shù)I2，則電源電壓為U=I2·（Rx+R0）。

則I1·Rx= I2·（Rx+R0），即[Rx=I2I1-I2?R0]。

4.滑動(dòng)變阻器在電學(xué)中的特殊作用

滑動(dòng)變阻器接入電路的電表改裝問題，往往涉及改裝儀表刻度是否均勻問題，處理這種問題的關(guān)鍵是看儀表刻度對(duì)應(yīng)的物理量與被測(cè)物理量是否呈線性關(guān)系，即符合[y=kx]或[y=kx+b]，這樣的儀表刻度是均勻的，否則，儀表刻度是不均勻的。

[例題]（2019年浙江杭州，節(jié)選）小金在將電流表改裝成可直接測(cè)電阻的儀表，如圖6為設(shè)計(jì)電路，將待測(cè)電阻接在M、N中。若電流表（0～0.6 A），U=12 V，問：

（4）改裝后可直接測(cè)電阻，其表盤刻度? ? ? ? ?（選填“均勻”或“不均勻”），理由是? ?。

解析：本題重點(diǎn)談電表改裝問題中的儀表刻度是否均勻問題，因此，暫且拋開前面3問。當(dāng)用導(dǎo)線連接MN，移動(dòng)滑片P使電流表示數(shù)為I=0.6 A，此時(shí)[Rp=UI=12 V0.6 A=20 Ω];保持滑片P位置不動(dòng)，在MN間分別接上不同待測(cè)電阻Rx，根據(jù)歐姆定律可以得出此時(shí)電路中電流為[I=URp+Rx=1220+Rx]，從I-Rx表達(dá)式可以看出，待測(cè)電阻Rx與對(duì)應(yīng)電流I不成線性關(guān)系，因此，此表盤刻度是不均勻的。

三、電阻箱的作用

電阻箱不僅可以改變電路中阻值大小，而且由于能夠準(zhǔn)確讀出接入電路中電阻的大小，因此，電阻箱可以當(dāng)成能夠改變阻值的定值電阻。所以，電阻箱可以在電學(xué)實(shí)驗(yàn)中發(fā)揮重要作用，還可以為探究物理問題提供思想方法，如等效替代法，如圖7所示，利用等效替代法可以測(cè)量電阻Rx的阻值，即閉合開關(guān)S、S2，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R的阻值，使電流表示數(shù)為I，再斷開S2，閉合S1，保持滑動(dòng)變阻器滑片位置不變，調(diào)節(jié)電阻箱阻值大小為R0，使電流表示數(shù)還為I，則Rx= R0。

變阻器的作用遠(yuǎn)不止以上所提到的，這就需要學(xué)生在平時(shí)學(xué)習(xí)中多歸納總結(jié)[1]，抓住變阻器在電路變化中的本質(zhì)作用。教師要引導(dǎo)學(xué)生從知識(shí)學(xué)習(xí)走向知識(shí)遷移、素養(yǎng)提升[2]，從而使學(xué)生深刻理解變阻器的作用，并能靈活運(yùn)用。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?]

[1]? 侯中柱. 賞電學(xué)規(guī)律 品功率變化 [J].數(shù)理化學(xué)習(xí)（初中版），2017（12）：41-43.

[2]? 印曉明，陳坤.中美高中主流物理教材在“光學(xué)”部分內(nèi)容呈現(xiàn)的差異與啟示：基于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)“核心素養(yǎng)”的視角[J].物理教師，2016（2）：74-77.

（責(zé)任編輯 易志毅）