淺談電學實驗中如何恰當選擇滑動變阻器

羅麗蘭

摘要：電學實驗電路一般可分為電源、控制電路和測量電路三部分，其中控制電路的核心元件為滑動變阻器?；瑒幼冏杵魇请娐吩?，它的工作原理是通過改變接入電路的電阻線的長度來改變電阻的，從而逐漸改變電路中的電流大小，達到使測量電路的電流和電壓在一個合適的范圍內變化，從而便于多測幾組數據，進行數據的分析和處理，得出結果。因此在電學實驗中往往就涉及到有關滑動變阻器的選擇問題，下面就以伏安法測電阻實驗中有關滑動變阻器選擇的問題進行一個簡單闡述。

關鍵詞：電學實驗；滑動變阻器一.滑動變阻器限流式接法和分壓式接法的比較

滑動變阻器在電學實驗中有兩種接法：限流式接法和分壓式接法。

如圖所示的兩種電路中，滑動變阻器（最大阻值為R0）對負載RL的電壓、電流都能起到控制調節作用，把圖（a）電路稱為滑動變阻器的限流式接法，圖（b）電路稱為滑動變阻器的分壓式接法。

（1）這兩種接法具有的特點：負載RL上電壓調節

范圍（忽略電源內阻）負載RL上電流調

節范圍（忽略電源內阻）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）比較分壓電路調節范圍較大分壓電路調節范圍較大限流電路能耗較小（2）對這兩種接法進行比較：

1.從調節范圍上比較，分壓電路具有調節范圍寬的優點，其次是它的電流，電壓都包含了0值。

2.從方便調節的角度比較，在限流電路中，通RL的電流IL=ERL+R0，當R0>RL時IL主要取決于R0的變化，當R0>RL時，R并≈RL，所以RL兩端電壓隨R0增大而增大，幾乎不受負載影響。當RL比R0小或小很多時，R并≈R0這時幾乎不受影響，不宜采用分壓電路?？珊唵蔚臍w納為：大負載R0>RL時，分壓電路；小負載R0

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

二.滑動變阻器限流式接法和分壓式接法的選擇

根據滑動變阻器兩種接法的不同點，那在實驗電路設計時，對滑動變阻器在電路中的連接，我們該什么時候選用限流式接法，什么時候選用分壓式接法？

不管滑動變阻器以何種接法接入電路，都應遵循安全性、方便性、精確性、節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“0.5A，2.5W”的電阻，用12V供電，現有一個最大阻值為10Ω的滑動變阻器，若采用限流接法，滑動變阻器取最大阻值時，此時電路中的最小電流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：選用滑動變阻器時應考慮對外供電電壓的變化范圍既能滿足實驗要求，又便于調節。例如：滑動變阻器的最大值R0 =20Ω，待測電阻RL=2000Ω，若滑動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，通過待測電阻上的電流或待測電阻兩端的電壓變化不明顯，不方便調節，不方便采集數據，故須采用分壓接法。

3.精確性：應使所測量的問題盡可能準確。例如：測量小燈泡伏安特性曲線的實驗中，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.節能性：盡可能使電路的耗能較小。若滑動變阻器兩種接法都可以的話，從節能性角度考慮，應優先選擇滑動變阻器限流式接法。

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現從零開始可連續調節時（如：測定導體的伏安特性、校對改裝后的電表等電路），必須采用分壓接法（零起必分壓）；

②當待測電阻RL遠大于滑動變阻器的最大值R0，且實驗要求的電壓變化范圍較大（或要求測量多組數據）時，必須采用分壓接法（滑小必分壓）；

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

④若限流、分壓都可以，則選用限流式，耗能小。

下面通過一道實例來體會一下：

【例題】有一個待測電阻R，其阻值大約40Ω～50Ω之間，現要進一步測量其電阻，手邊現有如圖所示器材：

電源E（電動勢12V，內阻為0.5Ω）

電壓表（0～3 V～15V，內阻約10kΩ）

電流表（0～0.6A～3A，內阻約1Ω）

滑動變阻器R1（阻值0～10Ω，額定電流2A）

滑動變阻器R2（阻值0～1700Ω，額定電流0.3A）

電鍵S和導線若干

要求多次測量電阻R的電壓U和電流I值，求電阻。現回答下面問題：

電壓表的量程應選 ，電流表的量程應選 ，滑動變阻器應選 。

在此題中有兩種規格的滑動變阻器， 那在實驗中，我們該如何來作出選擇呢？

在此實驗中，根據儀器選擇原則，電壓表選擇0-15V，電流表選擇0-0.6A。

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

當滑動變阻器選R1時，代入數據得0.77E——0.96E；當滑動變阻器選R2時，代入數據得0.02E——0.96E；從可調范圍的大小來看，限流式接法選滑動變阻器R2比滑動變阻器R1好。但因為R2數據較大，會使待測電阻兩端的電壓U在滑片滑過最初較長的一段距離，電壓變化不明顯，在接近滑動變阻器末端附近移動滑片時，電壓快速變化，這樣很不利于數據的采集，誤差較大。

若滑動變阻器接成分壓，則待測電阻兩端的電壓

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

從式中可以得出，當滑動變阻器選擇R2時，滑動變阻器的滑片滑過較長的一段距離時，U的變化范圍不明顯，接近滑動變阻器末端附近時，電壓的變化太大，不利于數據的采集；當滑動變阻器選擇R1時，U會隨Rap的均勻增加而均勻增加，這時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節且調節精度較高，便于數據的采集。

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