分壓式接法中滑動(dòng)變阻器選擇的誤區(qū)

李 琴 吳彬彬

(江蘇省黃埭中學(xué) 江蘇 蘇州 215143) (江蘇省木瀆高級(jí)中學(xué) 江蘇 蘇州 215101)

伏安法測(cè)電阻是物理高考中的重點(diǎn)內(nèi)容，滑動(dòng)變阻器的接法中的分壓式接法具有調(diào)節(jié)電壓范圍大、可使用電器兩端的最小值電壓為零的優(yōu)勢(shì)而成為優(yōu)先選擇的對(duì)象.而分壓式接法中滑動(dòng)變阻器的選擇也是考查的重點(diǎn)、難點(diǎn)和熱點(diǎn).也正是因?yàn)槭请y點(diǎn)，在教學(xué)中，教師往往給學(xué)生大概的推導(dǎo)或直接下一個(gè)結(jié)論——滑動(dòng)變阻器選擇最大阻值應(yīng)小些，因?yàn)榛瑒?dòng)變阻器選擇最大阻值越小，用電器分得的電壓與滑動(dòng)變阻器調(diào)節(jié)的長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)的線(xiàn)性關(guān)系越好.

這個(gè)“滑動(dòng)變阻器選擇最大阻值越小，用電器分得的電壓與滑動(dòng)變阻器調(diào)節(jié)的長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)的線(xiàn)性關(guān)系越好”結(jié)論是正確的.但實(shí)驗(yàn)除了要求測(cè)量精確、方便調(diào)節(jié)之外，更重要的還須安全這一要素.下面就針對(duì)滑動(dòng)變阻器選擇的安全性和待測(cè)電阻與滑動(dòng)變阻器最大阻值的關(guān)系對(duì)調(diào)節(jié)影響兩個(gè)方面闡述如何正確選擇滑動(dòng)變阻器.

1 額定電流是滑動(dòng)變阻器選擇的重要要素之一

圖1

如圖1所示，當(dāng)滑動(dòng)變阻器最大阻值R越小，回路的總電阻越接近R，通過(guò)滑動(dòng)變阻器的電流I越大.這對(duì)滑動(dòng)變阻器的額定電流的要求自然就越高了.所以在選擇時(shí)，只關(guān)注滑動(dòng)變阻器的最大阻值是不全面的，還要關(guān)注其額定電流是否在安全的范圍內(nèi).2007年高考江蘇物理卷第12題便是考查滑動(dòng)變阻器安全問(wèn)題的題目，如例1.

【例1】(2007年高考江蘇物理卷)要描繪某電學(xué)元件(最大電流不超過(guò)6 mA，最大電壓不超過(guò)7 V)的伏安特性曲線(xiàn)，設(shè)計(jì)電路如圖2，圖2中定值電阻R為1 kΩ，用于限流；電流表量程為10 mA，內(nèi)阻約為5 Ω；電壓表(未畫(huà)出)量程為10 V，內(nèi)阻約為10 kΩ；電源電動(dòng)勢(shì)E為12 V，內(nèi)阻不計(jì).

(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)有兩個(gè)滑動(dòng)變阻器可供選擇：

a.阻值0～200 Ω，額定電流0.3 A；

b.阻值0～20 Ω，額定電流0.5 A.

圖2

本實(shí)驗(yàn)應(yīng)選的滑動(dòng)變阻器是________(填“a”或“b”)

答案是：a

如果按照滑動(dòng)變阻器越小、調(diào)節(jié)越線(xiàn)性的原則，此題應(yīng)該選擇b答案，那為什么反而選擇了a呢？

在分壓式電路中，為了電路的安全，閉合開(kāi)關(guān)前，應(yīng)把滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭調(diào)在最左端，使待MN段的電壓從零開(kāi)始變大.

這個(gè)題目告訴我們，用分壓式電路選擇滑動(dòng)變阻器時(shí)，不能一味地選擇滑動(dòng)變阻器最大阻值小的，首先應(yīng)該考慮電路的安全性，在此前提下，為了調(diào)節(jié)方便再選擇最大阻值較小，調(diào)節(jié)較方便的滑動(dòng)變阻器.而實(shí)際上，在選擇滑動(dòng)變阻器時(shí)，也沒(méi)有必要一定要選擇最大阻值小的，因?yàn)?，在調(diào)節(jié)的時(shí)候并不需要嚴(yán)格的線(xiàn)性關(guān)系，只要不發(fā)生調(diào)節(jié)的突變就行了.對(duì)于這道高考題，阻值在0～200 Ω的這個(gè)滑動(dòng)變阻器相對(duì)MN間的電阻也已經(jīng)很小了，同樣滿(mǎn)足線(xiàn)性調(diào)節(jié).為什么滑動(dòng)變阻器的最大阻值越小，調(diào)節(jié)越線(xiàn)性？

2 待測(cè)電阻與滑動(dòng)變阻器阻值關(guān)系對(duì)調(diào)節(jié)的影響

如圖3為分壓式電路，當(dāng)滑片P置于某位置時(shí)，其左邊的電阻為R1，右邊的電阻為R2，滑動(dòng)變阻器總電阻為R，待測(cè)電阻R0兩端的電壓U可表示為

圖3

圖4

【例2】(2011年蘇州市模擬題)一個(gè)小燈泡的額定電壓為2.0 V.額定電流約為0.5 A，選用下列實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描繪和研究小燈泡的伏安特性曲線(xiàn).

A.電源E：電動(dòng)勢(shì)為3.0 V，內(nèi)阻不計(jì)；

B.電壓表V1：量程為0～3 V，內(nèi)阻約為1 kΩ

C.電壓表V2：量程為0～15 V，內(nèi)阻約為4 kΩ

D.電流表A1：量程為0～3 A，內(nèi)阻約為0.1 Ω；

E.電流表A2：量程為0～0.6 A，內(nèi)阻約為0.6 Ω；

F.滑動(dòng)變阻器R1：最大阻值為10 Ω，電流為0.6 A；

G.滑動(dòng)變阻器R2：最大阻值為15 Ω，電流為1.0 A；

H.滑動(dòng)變阻器R3：最大阻值為150 Ω，電流為1.0 A；

I.開(kāi)關(guān)S，導(dǎo)線(xiàn)若干.

實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用________(請(qǐng)?zhí)顚?xiě)選項(xiàng)前對(duì)應(yīng)的字母).

答案：G

由題意可以畫(huà)出如圖5所示的電路圖.此題很多同學(xué)都選擇了F，即滑動(dòng)變阻器最大阻值為10 Ω的滑動(dòng)變阻器.選擇的理由也往往是此題是分壓式接法，所以應(yīng)該選擇阻值小的，這樣調(diào)節(jié)相對(duì)方便.但是，當(dāng)燈泡兩端電壓為20 V，電流為0.5 A時(shí)，可以算出滑動(dòng)變阻器右邊部分的電阻約為1.4 Ω，電壓為1.0 V，此時(shí)其電流大約為0.7 A，超出了其額定電流0.6 A.

圖5

綜上所述，在分壓式接法中，首先考慮的不應(yīng)該是滑動(dòng)變阻器的最大阻值問(wèn)題，而應(yīng)該是安全問(wèn)題，在安全問(wèn)題滿(mǎn)足條件的情況下，再去選擇阻值相對(duì)較小的.在教學(xué)中不能為了教學(xué)的簡(jiǎn)化而讓學(xué)生陷入選擇的誤區(qū).