高中物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器的選取芻議

衛(wèi) 光

(上海市第一中學(xué) 200040)

我們首先研究一下2017 學(xué)年青浦區(qū)一模綜合題 18 題:

如圖1(a)是測(cè)干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻實(shí)驗(yàn).干電池允許的最大供電電流為 0.5A.

(1)現(xiàn)有三種滑動(dòng)變阻器：

A．1000Ω 、0.1A； B．20Ω 、1.0A;C．10Ω 、2.0A，

實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)選用____(填選項(xiàng)序號(hào))；

(2)閉合電建S前，滑線變阻器的滑片P應(yīng)置于____端(選填“M”或“N”)；

(3)用實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)擬合成直線，如圖1(b)所示，該直線對(duì)應(yīng)的方程為：____，該干電池的內(nèi)阻為_(kāi)___Ω；

(4)實(shí)驗(yàn)中，若增大滑線變阻器的阻值，則電池消耗的總功率將____(選填“變大”、“不變”或“變小”).

(1)問(wèn)中A選項(xiàng)中，滑動(dòng)變阻器允許通過(guò)的最大電流小于干電池的最大供電電流，A選項(xiàng)錯(cuò)誤，學(xué)生基本都能排除A選項(xiàng).而B、C選項(xiàng)中滑動(dòng)變阻器允許通過(guò)的最大電流都大于干電池允許的最大供電電流0.5A，很多學(xué)生在B、C選項(xiàng)中選取了B，而這道題目的正確答案是C.在電學(xué)實(shí)驗(yàn)中到底該如何選取合適的滑動(dòng)變阻器？

一、電學(xué)實(shí)驗(yàn)當(dāng)中選取滑動(dòng)變阻器需要遵循的基本原則

1.安全性的原則

在電學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，各用電器必須在安全情況下工作.滑動(dòng)變阻器必須起到保護(hù)電路中各部分元件安全使用的作用.若滑動(dòng)變阻器接入電路中的阻值為最大值時(shí)，但是電路中各用電器的電流強(qiáng)度仍高于各用電器的額定電流.我們就需要對(duì)滑動(dòng)變阻器的連接電路進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，或者使用電阻值更高的滑動(dòng)變阻器將其進(jìn)行替換.

2.目標(biāo)性的原則

當(dāng)電學(xué)實(shí)驗(yàn)中有明確的要求，學(xué)生對(duì)于滑動(dòng)變阻器的選取和連接方式就一定要根據(jù)要求來(lái)操作.例如，“要求較大的電壓變化范圍”，學(xué)生便需要選擇分壓法，其用到的滑動(dòng)變阻器的阻值就會(huì)相對(duì)更小.

3.科學(xué)性的原則

科學(xué)性原則就是要求學(xué)生必須對(duì)實(shí)驗(yàn)的具體要求進(jìn)行分析，針對(duì)滑動(dòng)變阻器的選擇必須要考量其電阻值的最大值，確定滑動(dòng)變阻器的阻值和待測(cè)電阻之間的關(guān)聯(lián)性，之后進(jìn)行電路設(shè)計(jì).

二、例談DIS測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻(學(xué)生實(shí)驗(yàn))中滑動(dòng)變阻器的選取原則

用DIS測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)電路圖如圖2所示.在此實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)對(duì)滑動(dòng)變阻器的滑片進(jìn)行調(diào)節(jié)，達(dá)到控制電路當(dāng)中路端電壓的大小，且電路中路端電壓的變化因?yàn)檎{(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器滑片而較為明顯.

為了更清晰的展示函數(shù)圖線的性質(zhì)，將x軸最小分度值定為1，y軸的最小分度值定為0.1，顯示圖像如圖圖4(第一象限).通過(guò)圖像不難發(fā)現(xiàn)，當(dāng)x不斷增大時(shí)，圖線趨于水平，y值變化很小.

對(duì)圖線進(jìn)一步分析，利用圖形計(jì)算器求圖線上各點(diǎn)的切線斜率，如圖圖5：

讓我再來(lái)看看2017學(xué)年青浦區(qū)一模綜合題18題，根據(jù)題意干電池的內(nèi)阻約為1.8Ω，R=5r=9Ω.若選B選項(xiàng)，滑動(dòng)變阻器的最大阻值為20Ω，在高電阻端滑動(dòng)時(shí)，電壓傳感器示數(shù)的變化就很小，致使實(shí)驗(yàn)的精確性不能得到保障，所以B選項(xiàng)錯(cuò)誤，正確的答案是C，滑動(dòng)變阻器的最大阻值10Ω，接近9Ω.

典型例題(2017年上海市普通高中學(xué)業(yè)水平等級(jí)性考試物理試卷第18題)“用DIS測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻”的實(shí)驗(yàn)電路如圖6(a)所示，其中定值電阻阻值R1=1Ω.(1)圖6(a)中A為_(kāi)___傳感器，定值電阻R1在實(shí)驗(yàn)中起____的作用；(2)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的路端電壓U相應(yīng)電流I的擬合曲線如圖6(b)所示，由此得到電源電動(dòng)勢(shì)E=____V，內(nèi)阻r=____Ω；(3)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)如圖6(b)所示，則實(shí)驗(yàn)中選用的的滑動(dòng)變阻器最合理的阻值范圍為( ).

A．0～5Ω B．0～20Ω

C．0～50Ω D．0～200Ω