我們知道導體之所以能夠導電是因為導體內部有可以自由移動的電子或者離子,當給導體兩端加上電壓時,這些自由電荷就會發生定向移動,形成電流。
但是每個導體的導電性能也是不一樣的,這主要體現在導體對電流的阻礙作用上,有的導體對電流的阻礙作用很小,比較容易導電,比如金、銀;有的導體對電流的阻礙作用較大,不容易導電,比如陶瓷、玻璃等。
這種對電流的阻礙作用在物理中就叫做電阻。
電阻可以分為定值電阻與變阻器,滑動變阻器就是變阻器的一種。滑動變阻器因其阻值可以連續條件,因此在電路中應用廣泛,我們可以把它串聯在電路中去改變電流,調節用電器兩端的電壓。因此大量的電路計算題、實驗題都會涉及滑動變阻器的調節作用。到了高中之後,我們會學習閉合電路的歐姆定律,會學到滑動變阻器的分壓式接法,可見滑動變阻器貫穿了初高中物理電學知識,所以掌握滑動變阻器的工作原理是學好物理電學的關鍵。
滑動變阻器的工作原理
滑動變阻器是通過改變接入電路中電阻絲的長度來改變電阻值的。
滑動變阻器的結構很簡單,上面是金屬杆,下面是電阻絲,金屬杆與電阻絲間通過滑片連在一起,有四個接線柱,但是在實際工作中我們只需要連接兩個,而且要一上一下的接。
什麼叫接入電路中的電阻絲的長度?
其實就是有電流通過的電阻絲。我們知道滑動變阻器有四個接線柱,如果只接上面兩個,是把金屬杆接入電路,電阻不會經過電阻絲,這時接入的電阻是零;如果只接下面兩個接線柱,電流會通過整個電阻絲,滑片移動不起作用,這時相當於接了一個定值電阻。所以我們要想改變電路中的電流和電壓必須要一上一下的接,起作用的電阻就是滑片P到所接下面接線柱這一段。
滑動變阻器在歐姆定律探究實驗中的作用
滑動變阻器可以起到保護電路的作用。在連接好電路閉合開關前,滑動變阻器要調節到阻值最大的位置,以保護電路。
在探究電流與電壓關係時,通過調節滑動變阻器來改變電路中的電流及定值電阻兩端的電壓,得到多組數據,從而得出普遍規律,即電阻一定時,電流與電壓成正比。
在探究電流與電阻關係時,通過調節滑動變阻器來控制定值電阻兩端電壓保持不變,定值電阻換成大電阻,滑動變阻器的阻值也要跟著調大,同樣得到多組數據,從而得出結論:電壓一定時,電流與電阻成反比。
有關滑動變阻器的電路安全問題
也就是電路動態計算。我們知道電路中電流表與電壓表都有各自的量程,某些電路元件也有自己的額定值,所以當滑動變阻阻值改變時,電路中的電流和電壓也會跟著改變,但是不允許超過電錶的量程,也不可以超過某些元件的額定電流與額定電壓,因為滑動變阻器只能在一個範圍內調節,因此涉及到的一系列的計算問題是初中物理電學的難點。
伏安法測電阻中滑動變阻器的作用
伏安法測電阻就是用電流表和電壓表測電阻,但是要使最終結果更準確,我們是需要獲得多組數據求平均值的,因此滑動變阻器可以實現多次試驗。
測小燈泡額定功率時用到滑動變阻器
小燈泡的額定功率是指在額定電壓下工作時的功率,因此實驗中我們要讓燈泡兩端的電壓達到額定值,這就需要滑動變阻器了,通過調節滑動變阻器的阻值,從而調節燈泡兩端的電壓達到額定電壓。
滑動變阻器貫穿著整個電學,因此掌握滑動變阻的工作原理是學好電學的關鍵。