關于滑動變阻器的兩種基本接法

在高考物理實驗題中，我們多次考查滑動變阻器的兩種接法——分壓式與限流式。但雖多次考查，仍有很多學生出錯。為什么會出現這一現象？主要原因是學生沒有掌握好兩種連接方式的特點及作用，遇到具體問題時不知道該如何連接。

一、限流式連接方式的特點

滑動變阻器用作限流時，其連接如圖1所示。它是把滑動變阻器串聯在電路中，用以控制或調節電路中的電流。使用時，連接滑動變阻器的導線應分別接金屬桿一端和電阻線圈一端的接線柱。此電路中，待測電阻Rx兩端電壓的調節范圍約為E·Rx/(R+Rx)~E之間。

二、分壓式連接方式的特點

滑動變阻器用作分壓時，其連接如圖2所示。它是從滑動變阻器上分出一部電壓在待測電阻上。其優點是當它的滑動觸頭從a端向b端滑動時，待測電阻Rx上可分得從零開始連續變化的所需電壓（限流式不能），電壓的調節范圍是0~E，比用作限流時調節范圍要大。

三、兩種連接方式的選取

在負載電流要求相同的情況下，限流電路中干路電流比分壓電路中的干路電流更小，所以限流電路中消耗的總功率較小，電源消耗的電能就較小，這說明限流具有節能的優點。

在實際電路設計時應視實驗要求靈活選取分壓電路或限流電路。

（一）分壓電路的選取

1. 若實驗要求某部分電路的電壓變化范圍較大，或要求某部分電路的電流或電壓從零開始連續可調，或要求多測幾組I、U數據，則必須將滑動變阻器接成分壓電路。

例1：測定小燈泡“6V，3W”的伏安特性曲線，要求實驗中燈泡兩端的電壓從零開始連續可調。供選擇的器材有：電壓表V₁（量程6V，內阻20kΩ），電流表A₁（量程3A，內阻0.2Ω），電流表A₂（量程0.6A，內阻1Ω），變阻器R₁（0~100Ω，0.5A），變阻器R₂（0~20Ω，0.2A），學生電源E(6~8V)、開關及導線若干。選擇出符合實驗要求的實驗器材并設計出實驗電路。

分析：不管是從題中要求燈泡兩端電壓必須從零開始連續可調的角度考慮，還是從為了最終能較準確畫出伏安特性曲線必須多測幾組I、U數據的角度考慮，限流電路都難以滿足要求，因此必須采用分壓電路。實驗電路如圖3所示。

器材包括：電壓表V₁、電流表A₂、變阻器R₂、電源、開關及導線。

若實驗中要用小阻值的滑動變阻器控制大阻值負載，或者題中所給電源電動勢過大，盡管滑動變阻器阻值也較大，但總電流大于負載的額定電流值，或總電流大于接入電表的量程，此時的滑動變阻器也應接成分壓式電路；若負載電阻的額定電流不清楚，為安全起見，一般也連成分壓電路。

例2：為了較準確地用伏安法測定一只阻值大約是3kΩ的電阻，備用的器材有：A、直流電源，電壓12V，內阻不計；B、電壓表，量程0~3~15V，內阻10kΩ；C、電流表，量程0~0.6~3A，內阻20Ω；D、毫安表，量程5mA，內阻200Ω；E、滑動變阻器，阻值0~50Ω；G、電鍵及導線若干。試設計出實驗電路。

分析：本題中，由于待測電阻約為3kΩ，而滑動變阻器控制大阻值負載的情況，因此應將滑動變阻器接成分壓電路，否則無法調節負載電阻兩端的電壓及通過負載電阻的電流的有效變化而造成較大的偶然誤差。設計電路如圖4所示（外接法及電表選取分析略）。

例3：用伏安法測一個電阻Rx的阻值。提供器材有：待測電阻Rx(約5kΩ)、電壓表（0~3V，內阻100kΩ）、微安表（0~500μA，內阻100Ω）、變阻器（0~20kΩ）、穩壓電源（輸出電壓15V）。試設計出實驗電路。

分析：若接成限流電路，電路中最小電流：I_min=E/R=15/(5+20)×10³A=0.6×10^-3A=600μA，大于微安表的量程。因此，為了電路安全必須將變阻器接成分壓電路，如圖2所示。

（二）限流電路的選取

1. 一般說來，題目若沒有特別的要求，由于限流電路具有節能的優點，并且限流電路的連接較為簡便，則優先采用限流接法。

由圖1和圖2不難看出，若用電器正常工作，圖2電路中的總電流必然大于圖1電路中的總電流，因而圖2分壓電路消耗的電功率較大。所以，為了節能和電路連接的方便，通常采用限流式接法。

2. 若題目中要用較大阻值的滑動變阻器控制阻值較小的負載，在保證負載和電表安全的前提下，一般也將滑動變阻器接成限流電路。

例4：在上述的圖2電路中，如果Rx較小，R較大，那么在P由a滑到b的過程中，由于Pa電阻與Rx并聯的電阻較接近Rx，因此在開始的很長一段距離上Rx上的電壓變化較小，而在P接近b端時，因并聯值與P電阻迅速接近而使Rx上電壓發生突變（即突然增加），故此不易控制，所以此種情況下應把滑動變阻器接成限流電路。

可見，如若切實掌握了分壓與限流接法的電路特點和電路選擇原則，有關滑動變阻器的連接問題就可迎刃而解了。