摘" "要：滑動(dòng)變阻器的使用是高考的?？純?nèi)容。基于試題創(chuàng)設(shè)的特定任務(wù)情境，通過(guò)分析限流電路和分壓電路的特點(diǎn)，從安全、準(zhǔn)確、任務(wù)達(dá)成三個(gè)方面深入討論新高考背景下滑動(dòng)變阻器的選擇問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：特定任務(wù)情境；限流電路；分壓電路；滑動(dòng)變阻器；新高考

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A " " 文章編號(hào)：1003-6148（2025）1-0058-3

在限流電路中，滑動(dòng)變阻器的總阻值建議不小于負(fù)載電阻阻值的，不大于負(fù)載電阻阻值的5倍；在分壓電路中，滑動(dòng)變阻器的總阻值建議不大于負(fù)載電阻阻值的2倍［1］。以上建議是基于滑動(dòng)變阻器在控制電路中調(diào)節(jié)時(shí)電壓和電流盡可能平穩(wěn)、靈敏地變化而得到的結(jié)論，而新高考試題通常是基于真實(shí)物理情境，側(cè)重考查學(xué)生的物理核心素養(yǎng)和關(guān)鍵能力。顯然，僅憑所謂的“結(jié)論”選擇滑動(dòng)變阻器的方法不再適用?；谒仞B(yǎng)立意的物理試題通常創(chuàng)設(shè)了特定的任務(wù)情境，對(duì)滑動(dòng)變阻器總阻值有特殊的限定，學(xué)生需要掌握相關(guān)電路必備知識(shí)，通過(guò)邏輯推理、科學(xué)探究才能得出正確結(jié)論，如果僅依據(jù)“結(jié)論”解題就會(huì)出現(xiàn)謬誤?，F(xiàn)做以下分析。

1" " 基于“安全”對(duì)滑動(dòng)變阻器總阻值的要求

例1 （高考試題改編）物理課外興趣小組接到任務(wù)，需設(shè)計(jì)制作一個(gè)自動(dòng)溫度報(bào)警系統(tǒng)，電路原理如圖1所示，正常工作溫度要求低于60 ℃。實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有器材：熱敏電阻（該電阻阻值隨溫度升高而減小，當(dāng)溫度為60 ℃時(shí)，其阻值為650.0 Ω），蜂鳴報(bào)警器（電阻忽略不計(jì)，當(dāng)通過(guò)報(bào)警器的電流超過(guò)臨界值IC=10 mA時(shí)就發(fā)出聲音報(bào)警，通過(guò)報(bào)警器的最大電流不能超過(guò)20 mA），最大阻值為999.9 Ω的電阻箱，穩(wěn)恒直流電源輸出電壓U約為18 V，最大阻值為1 000 Ω的滑動(dòng)變阻器R1，最大阻值為2 000 Ω的滑動(dòng)變阻器R2，一個(gè)單刀雙擲開關(guān)，若干導(dǎo)線。

現(xiàn)在某正常工作溫度下設(shè)置該溫度報(bào)警系統(tǒng)，要求當(dāng)實(shí)際溫度大于或等于設(shè)置溫度時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警，題目所給兩個(gè)滑動(dòng)變阻器“R1”和“R2”中應(yīng)選擇________。

60 ℃時(shí)，熱敏電阻的阻值為650.0 Ω，控制電路為限流電路。按照相關(guān)“結(jié)論”［1］，在限流電路中，滑動(dòng)變阻器的總阻值建議不小于負(fù)載電阻阻值的，不大于負(fù)載電阻阻值的5倍，兩個(gè)滑動(dòng)變阻器均符合要求。這樣選擇滑動(dòng)變阻器要么靠猜，要么從便于調(diào)節(jié)的角度（線性度更好）［2-3］選擇R1，都是錯(cuò)誤的。仔細(xì)分析題目創(chuàng)設(shè)的特定任務(wù)情境，發(fā)現(xiàn)流過(guò)報(bào)警器的電流超過(guò)IC時(shí)才會(huì)報(bào)警，且流過(guò)報(bào)警器的電流超過(guò)20 mA時(shí)，報(bào)警器可能損壞。應(yīng)用所學(xué)物理知識(shí)推理可知：設(shè)計(jì)電路外電阻范圍是： Ω=900 Ω≤R≤ Ω=1 800 Ω，取正常工作范圍內(nèi)報(bào)警器電阻的最小值650.0 Ω，則滑動(dòng)變阻器的總電阻值的取值范圍是：250 Ω≤R≤1 150 Ω，因此，只有滑動(dòng)變阻器R2滿足要求。

2" " 基于“準(zhǔn)確”對(duì)滑動(dòng)變阻器總阻值的要求

例2 （高考試題改編）如圖2所示，現(xiàn)需要測(cè)量一個(gè)電壓表（量程為2.5 V，RV≈3 kΩ）的內(nèi)阻，實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有器材：最大阻值為99 999.9 Ω的電阻箱R，最大阻值為50 Ω的滑動(dòng)變阻器R1，最大阻值為5 kΩ的滑動(dòng)變阻器R2，電動(dòng)勢(shì)為3 V的直流電源E，一個(gè)開關(guān)，若干導(dǎo)線。主要操作步驟為：閉合開關(guān)S，電阻箱的阻值調(diào)為0，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使電壓表示數(shù)達(dá)到滿偏，保持滑動(dòng)變阻器阻值不變，調(diào)節(jié)電阻箱阻值，使電壓表示數(shù)變?yōu)榱砍痰囊话耄妷罕韮?nèi)阻的測(cè)量值就等于此時(shí)電阻箱的讀數(shù)。

為盡可能準(zhǔn)確地測(cè)量電壓表的內(nèi)阻，題目所給兩個(gè)滑動(dòng)變阻器“R1”和“R2”應(yīng)選擇________。

按照相關(guān)“結(jié)論”［1］，在分壓電路中，滑動(dòng)變阻器的總阻值建議不大于負(fù)載電阻阻值的2倍，兩個(gè)滑動(dòng)變阻器均符合要求，導(dǎo)致學(xué)生無(wú)法選擇正確答案。本實(shí)驗(yàn)原理為恒壓半偏法，認(rèn)為調(diào)節(jié)電阻箱時(shí)滑動(dòng)變阻器上的分壓不變，但實(shí)際情況因?yàn)殡娮柘渥柚翟龃笤斐苫瑒?dòng)變阻器上的分壓略微增大，從而導(dǎo)致系統(tǒng)誤差。為了能盡量減小這一誤差，需要使滑動(dòng)變阻器左邊部分的電阻（圖2）與電壓表和電阻箱支路電阻并聯(lián)之后的總電阻近似不變，根據(jù)電阻并聯(lián)規(guī)律可知，這就需要滑動(dòng)變阻器與電壓表和電阻箱并聯(lián)的那部分電阻遠(yuǎn)小于電壓表和電阻箱支路電阻，所以滑動(dòng)變阻器應(yīng)選擇最大阻值較小的R1。

3" " 基于“任務(wù)達(dá)成”對(duì)滑動(dòng)變阻器總阻值的要求

例3 為描繪小燈泡L（額定電壓3 V，額定電流0.6 A）的U-I伏安特性曲線，實(shí)驗(yàn)器材有：一個(gè)舊電源（電動(dòng)勢(shì)E為4.2 V，內(nèi)阻r為2 Ω），滑動(dòng)變阻器R1（最大阻值為5 Ω，額定電流為2 A），滑動(dòng)變阻器R2（最大阻值為20 Ω，額定電流為1 A），要求數(shù)據(jù)從零開始測(cè)量，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)選擇滑動(dòng)變阻器___________（填“R1”或“R2”）。

題目要求數(shù)據(jù)從零開始測(cè)量，控制電路選擇分壓電路，如圖3所示（沒有畫出電壓表和電流表）。選擇滑動(dòng)變阻器時(shí)，如果依據(jù)相關(guān)“結(jié)論”［1］以滑動(dòng)變阻器的總阻值建議不大于負(fù)載電阻阻值的2倍為標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)選擇R1，但分析后會(huì)發(fā)現(xiàn)選擇R1不能完成實(shí)驗(yàn)要求的任務(wù)。描繪小燈泡的伏安特性曲線要求測(cè)量的電壓數(shù)據(jù)達(dá)到額定電壓3 V，由于真實(shí)情境中電源內(nèi)阻不能忽略，如果要讓燈泡兩端的電壓達(dá)到額定電壓3 V，這對(duì)滑動(dòng)變阻器的總電阻值有一定要求?，F(xiàn)分析小燈泡兩端電壓與滑動(dòng)變阻器總阻值的關(guān)系，以便正確選擇滑動(dòng)變阻器。

滑動(dòng)變阻器滑片滑到C端時(shí)，小燈泡兩端電壓最大，此時(shí)電壓U為

U=

（注：R0為小燈泡電阻，R為滑動(dòng)變阻器總阻值，r為電源內(nèi)阻，E為電源電動(dòng)勢(shì)。）

當(dāng)小燈泡電壓達(dá)到3 V時(shí)，電阻為5 Ω，現(xiàn)將小燈泡當(dāng)成電阻為5 Ω的定值電阻進(jìn)行分析，將數(shù)據(jù)代入上式

U=

利用數(shù)學(xué)軟件作出U-R圖像（圖4），從圖中可以分析出滑動(dòng)變阻器總阻值大于等于15 Ω才能使小燈泡的電壓達(dá)到3 V。綜上所述，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選擇R2。

4" " 典型實(shí)例分析

例4 （高考試題改編）物理課外興趣小組接到任務(wù)，需設(shè)計(jì)制作一個(gè)自動(dòng)溫控系統(tǒng)，電路原理如圖5所示，使用器材包含滑動(dòng)變阻器R、熱敏電阻Rt、常閉繼電器、電源E，當(dāng)通過(guò)繼電器的電流I≥15 mA時(shí)，電磁鐵吸合銜鐵，加熱電路斷開，加熱器停止工作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)溫度控制。熱敏電阻Rt的阻值隨溫度t變化而變化，具體對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示。

實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有器材：最大阻值為200 Ω的滑動(dòng)變阻器R1，最大阻值為500 Ω的滑動(dòng)變阻器R2，電動(dòng)勢(shì)為3 V且內(nèi)阻不計(jì)的電源E1，電動(dòng)勢(shì)為6 V且內(nèi)阻不計(jì)的電源E2，熱敏電阻Rt，最大阻值為999.9 Ω的電阻箱，阻值約為20 Ω的常閉繼電器R0，一個(gè)開關(guān)S，若干導(dǎo)線。

要求自動(dòng)溫控系統(tǒng)正常工作溫度范圍為30 ℃≤t≤80 ℃，題目所給兩個(gè)電源“E1”和“E2”應(yīng)選擇________，題目所給兩個(gè)滑動(dòng)變阻器“R1”和“R2”應(yīng)選擇________。

由表1數(shù)據(jù)可知，當(dāng)溫度為30 ℃時(shí)，熱敏電阻阻值為199.5 Ω，繼電器的阻值R0取20 Ω，滑動(dòng)變阻器阻值取0，當(dāng)電流為15 mA時(shí)，最小電源電動(dòng)勢(shì)E=I（Rt+R0）=3.3 V，所以電源選E2。當(dāng)溫度為80 ℃時(shí)，熱敏電阻阻值Rt=49.1 Ω，則E2=I（Rt+R0+R），此時(shí)變阻器阻值R=330.9 Ω，顯然，滑動(dòng)變阻器R1不能滿足任務(wù)要求，所以選擇滑動(dòng)變阻器R2。我們認(rèn)為，滑動(dòng)變阻器選擇的優(yōu)先級(jí)順序?yàn)椋菏紫仁前踩?，然后是任?wù)達(dá)成，最后是準(zhǔn)確。

5" " 教學(xué)建議

關(guān)于滑動(dòng)變阻器的使用一直是高考考查的熱點(diǎn)問(wèn)題，也是學(xué)習(xí)的難點(diǎn)。師生對(duì)于滑動(dòng)變阻器的選擇大多基于電壓和電流盡可能平穩(wěn)、靈敏地變化，利用相關(guān)“結(jié)論”進(jìn)行選擇，顯然這種方法面對(duì)素養(yǎng)立意的新高考試題不再有效。在特定任務(wù)情境下，滑動(dòng)變阻器的選擇需要依據(jù)歐姆定律、串、并聯(lián)電路的特點(diǎn)以及函數(shù)圖像等物理知識(shí)，從安全、準(zhǔn)確、任務(wù)達(dá)成三個(gè)方面綜合分析、研判，從而得出正確結(jié)論。

參考文獻(xiàn)：

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［2］劉旭.高中電學(xué)實(shí)驗(yàn)滑動(dòng)變阻器選擇釋疑［J］.物理通報(bào)，2024（3）：111-115.

［3］呂俊君.從圖象角度深入分析分壓電路與限流電路中滑動(dòng)變阻器的選擇［J］.物理教學(xué)，2022，44（5）：45-48.

（欄目編輯" " 陳" 潔）