實驗分析限流式、分壓式滑動變阻器阻值的選擇方法

楊青華+?おお?

滑動變阻器的連接方式和阻值的選擇在平時電學實驗及高考實驗題中經常涉及，在限流式、分壓式連接滑動變阻器方面，有很多相關研究，但對滑動變阻器阻值的選擇問題涉及甚少。學生遇到限流式與分壓式滑動變阻器阻值的選擇問題時，經?？坑涀〉囊恍┙Y論作答，不清楚選擇的原因。本文主要從實驗角度分析滑動變阻器阻值大小對測量電路的影響，總結出限流式及分壓式接法滑動變阻器阻值的選擇方法。

1限流式接法滑動變阻器阻值的選擇理論分析

如圖1所示，負載電阻R0，變阻器總電阻R1，電源電動勢E，內阻不計。調節(jié)滑片p的位置，可連續(xù)改變ab間的電阻Rap，從而使整個電路的電流I隨之變化。這里對滑動變阻器的要求是，滑動變阻器對電流的調節(jié)最好是線性的，不要突變，電流大小的變化范圍要盡量大。

設滑動變阻器接入電路的長度為x，滑動變阻器總長為L（0≤x≤L），由閉合電路歐姆定律：

I=ERap+R0

I0=ER0，

k=R1R0，Rap=xLR1

得：I=I0Lkx+L

從公式中可以看出，當移動滑動變阻器接入電路的長度為x時，電路中的電流I隨之變化。下面通過實驗研究滑動變阻器接入不同長度x時，電流I隨x的變化情況。

2限流式接法滑動變阻器阻值的選擇實驗及結果分析

實驗器材：學生電源，開關，電流表，電壓表，定值電阻阻值50 Ω，最大阻值分別為5 Ω、20 Ω、50 Ω、200 Ω、500 Ω的滑動變阻器，導線若干。

為了能清楚的看到滑動變阻器接入電路的長度，事先在滑動變阻器上標上刻度。

按滑動變阻器限流式接法實驗電路圖（見圖1），先接入阻值為5 Ω的滑動變阻器，連接電路實物圖，如圖2所示。閉合開關，滑動變阻器的長度從零開始，逐漸增大。記錄對應電流表的電流I與滑動變阻器接入電路的長度x，記錄幾組數(shù)據。完成實驗后，關閉開關，斷開電源。更換滑動變阻器，依次接入最大阻值為20 Ω、50 Ω、200 Ω，500 Ω的滑動變阻器，同樣改變滑動變阻器接入電路中的長度x，記錄相應的長度x與電流表的數(shù)值I。在表1中分別記錄5次實驗的實驗數(shù)據。利用表格中的數(shù)據在坐標紙中畫出I-x的關系圖像，如圖3所示。

從圖3中可以直觀地看出，當k很小時，電流I的變化范圍較小，表示滑動變阻器對電流的控制作用不大，但電流變化過程中的線性和均勻性較好。當k較大時，可以看到x接近零時電流變化異常劇烈，其線性較差，給調節(jié)帶來較大困難。

綜合分析可得，為了使負載R0既能得到較寬的電流調節(jié)范圍，又能使電流均勻變化，限流式實驗電路中選擇滑動變阻器時，應使滑動變阻器總電阻R1大于定值電阻R0，一般滿足

R1的阻值為R0阻值的2～5倍。

3分壓式接法滑動變阻器阻值的選擇理論分析

圖4為滑動變阻器分壓式接法電路圖，當滑片p置于某位置時，負載R0上電壓為U。

由閉合電路歐姆定律得：

U=ERpb+R0RapR0+Rap·R0RpbR0+Rap

=ER0RapR0R1+RapRpb=ER0RapR0R1+Rap（R1-Rap）

令k=R0R1，x=RapR1（0≤x≤1）

則U=Ekxk+x（1-x）

從公式中可以看出，負載兩端的電壓隨著接入滑動變阻器長度x的變化而變化。下面通過實驗研究分壓式接法負載兩端電壓值U與滑動變阻器接入電路長度x的關系。

4分壓式接法滑動變阻器阻值的選擇實驗及結果分析

按滑動變阻器分壓式接法實驗電路圖（見圖4），先接入阻值為5 Ω的滑動變阻器，連接電路實物圖，如圖5所示。閉合開關，滑動變阻器的長度從零開始，逐漸增大，記錄對應的電壓表U與滑動變阻器接入電路的長度x。完成實驗后，斷開開關，關閉電源。

更換滑動變阻器，依次接入最大阻值為20 Ω、50 Ω、200 Ω的滑動變阻器，同樣改變滑動變阻器接入電路中的長度x，記錄x及對應的電壓值U。在表2中分別記錄4次實驗的實驗數(shù)據U-x。利用表格中的數(shù)據在坐標紙中畫出U-x圖像，如圖6所示。

從圖6可以看出，當k>1時，U-x基本呈線性關系，表明調節(jié)滑動變阻器時，負載電壓變化均勻。當k很小時，如k=0.25，R1=200 Ω，在0～7 cm的范圍內，電壓變化范圍較小，x接近7時，R0上電壓迅速增加，說明調節(jié)電壓較困難?？梢酝葡氘擱1更大時，在0～7 cm范圍內電壓可調范圍更小，在某一位置突變后，想要獲取多組實驗數(shù)據十分困難。

選擇分壓電路的滑動變阻器阻值時，從電壓調節(jié)均勻角度及操作可行性方面考慮，應使得滑動變

阻器的阻值R1小于負載電阻R0，在實際分壓電路中，一般滑動變阻器R1的阻值為R0阻值的01～05倍。

綜上所述，本文通過實驗的方法研究限流式、分壓式滑動變阻器阻值的選擇方法，實驗操作方便，現(xiàn)象明顯，結論易于總結。