滑動(dòng)變阻器是中學(xué)電學(xué)實(shí)驗(yàn)中常用的儀器，它在電路中的接法有分壓和限流兩種，近幾年高考電學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)命題對其應(yīng)用多次直接或滲透考查。教材對此又沒有理論的講解，又沒有實(shí)際的指導(dǎo)，學(xué)生感到無從下手，筆者從多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合電路分析，對滑動(dòng)變阻器的這兩種接法使用作一點(diǎn)探討。
一、滑動(dòng)變阻器的分壓接法和限流接法的電路分析
1�；瑒�(dòng)變阻器的限流接法
如圖2所示的電路輸入電壓為U0，滑動(dòng)變阻器總阻值為R0，滑動(dòng)變阻器對負(fù)載R0電流的控制情況作如下的討論：首先，電路中的電流：I= U0RaP+R ，可見，I隨RaP的增大而減小，如圖（b）所示。當(dāng)Rap=0時(shí)，電路中的最大電流Im=U0R ，R兩端的電壓最大Umax=U0。當(dāng)Rap最大值R0分別為負(fù)載電阻1、3、5……倍時(shí)，電路中電流的最小值為Im2 、Im4 、Im6 ……負(fù)載電阻R兩端的最小電壓Umin為U02 、U04 、U06 ……可以得出結(jié)論：限流式接法要能在調(diào)節(jié)過程中平緩控制電流，滑動(dòng)變器阻值要稍大些。一般來說，約為待測電阻的3—10倍。以下情況可選用限流接法：
a.測量時(shí)電路電流沒須要求從零開始連續(xù)調(diào)節(jié)，只是小范圍內(nèi)測量，且負(fù)載電阻R接近或小于滑動(dòng)變阻器電阻R0，采用滑動(dòng)變阻器限流接法。
b.電源的放電電流或滑動(dòng)變阻器的額定電流太小，不能滿足分壓接法的要求，應(yīng)采用滑動(dòng)變阻器限流接法。
c.沒有很高的要求，僅從安全性和精確性角度分析兩者無可采用時(shí)可考慮安裝簡便和節(jié)能因素采用滑動(dòng)變阻器限流接法。
2。滑動(dòng)變阻器的分壓接法
如圖1所示的電路中，滑動(dòng)變阻器總電阻為R 0，輸入電壓為U0，負(fù)載電阻R兩端的電壓U隨變阻器調(diào)節(jié)變化情況作如下的討論：首先，不接負(fù)載R時(shí)，輸出端的電壓U=U0R0 Rap，可見，U與成正比，輸出電壓電線性的，如圖1（b）中①所示。換言之，觸頭P在ab間移動(dòng)時(shí)，左半部分分得的電壓是均勻變化的，電壓的變化范圍是0—U0。其次，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的aP連接負(fù)載電阻R時(shí)，P點(diǎn)左邊電路的等效電阻減小，與P點(diǎn)右邊部分串聯(lián)而得的電壓將比原來減小，如圖1（b）②所示。再次，當(dāng)負(fù)載電阻R很小，對于確定的Rap，左部分分得的電壓將更小，如圖如圖1（b）③所示�？梢缘贸鼋Y(jié)論：分壓接法要能通過連續(xù)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器得到平緩變化的電壓，負(fù)載阻值應(yīng)該較大。換言之，分壓接法滑動(dòng)變阻器應(yīng)該選用阻值相對較小的。在下面三種情況下必須選擇分壓接法：
a.要使某部分電路的電壓或電流從零開始連續(xù)調(diào)節(jié)，只有滑動(dòng)變阻器分壓接法的電路才能滿足
b.如果實(shí)驗(yàn)所提供的電壓表、電流表量程或電阻元件允許最大電流較小，采用限流接法時(shí)，無論怎樣調(diào)節(jié)，電路中實(shí)際電流都會(huì)超過電表量程或電阻元件允許的最大電流，為了保證電表和電阻元件免受損壞，必須采用滑動(dòng)變阻器分壓接法連接電路。
c.伏安法測電阻實(shí)驗(yàn)中，若所用的變阻器阻值小于待測電阻阻值，若采用限流接法時(shí)，即使變阻器觸頭從一端滑至另一端，待測電阻上的電流變化小，這不利于多次測量求平均值或用圖像法處理數(shù)據(jù)，為了變阻器遠(yuǎn)小于待測電阻阻值的情況下能大范圍地調(diào)節(jié)待測電阻上的電流，應(yīng)選擇滑動(dòng)變阻器的分壓接法。
二、滑動(dòng)變阻器分壓接法和限流接法的選擇
滑動(dòng)變阻器分壓接法和限流接法都能調(diào)節(jié)負(fù)載的電流，但在相同條件下的調(diào)節(jié)效果不同，實(shí)際應(yīng)用要根據(jù)情況恰當(dāng)?shù)剡x擇適當(dāng)?shù)姆椒�。通常情況下，由于限流電路能耗較小，結(jié)構(gòu)連接簡單，因此，優(yōu)先考慮以限流接法為主。
三、分壓接法和限流接法的比較
滑動(dòng)變阻器接入電路后，它本身也要消耗電能，不同的接法造成的功率消耗是不一樣的。當(dāng)負(fù)載R通過相同的電流IR時(shí)，分壓電路接法中的總電流I=IR+IaP；在限流接法電路中的總電I=IR。故分壓式接法時(shí)電路總電流大，電源的輸出功率較大，也就是說電路消耗的額外功率大。
|
