分壓式電路中滑動變阻器的選擇

　　滑動變阻器是中學電學實驗中常用的儀器， 是一個能連續改變電阻值的可變電阻，它在電路中用於調控用電器的電流、電壓。常用的接法有分壓式和限流式兩種。在電學實驗中，如何把滑動變阻器正確的接入電路是學生感到非常棘手的問題之一，也是實驗成功與否的一個重要因素。

　　一、滑動變阻器在電路中的兩種接法：

　　1.限流式--通過改變變阻器電阻來改變電路中的電流，以控制電路中的電流

　　

　　限流式如上圖（a）所示，待測電阻Rx與滑動變阻器Rp的左邊部分電阻串聯，右邊部分被短路不起作用。當滑動變阻器的滑動頭P從右端向左移動過程，滑動變阻器電阻逐漸減小，電路中的電流逐漸增大，滑動變阻器起到控制電路電流作用。學生往往根據串聯分壓的知識容易誤認為分壓式。為了實驗安全，在實驗開始時應使滑動變阻器連入電路的電阻最大，通常做法是，在合上開關前，滑片P應在b端，這樣就可以使滑動變阻器所使用的阻值最大，而待測電阻的電壓和電流均為最小。在進行電路實物連接時，應該用一根導線連接滑動變阻器滑槓的一端，另一根導線連接滑動變阻器電阻線圈的一端（即一上一下）。

　　2.分壓式--通過變阻器改變電阻來改變用電器兩端的電壓，起調壓器的作用

　　分壓式如上圖（b）所示，待測電阻Rx與滑動變阻器Rp的左邊部分電阻並聯後再與右邊部分串聯。因為待測電阻Rx與滑動變阻器Rp左邊電阻並聯，則待測電阻Rx與滑動變阻器Rp左邊電阻兩端的電壓相等，通過改變滑動變阻器滑片P的位置就可以改變待測電阻Rx兩端電壓，實現調節電壓目的。學生往往根據並聯分流的知識容易誤認為限流式。為了實驗安全，在合上開關前，滑片P應在最左邊（a端），這樣可以使待測電阻Rx上的電壓和電流均為零。在進行電路實物連接時，用一根導線連接滑動變阻器滑槓的一端，另外兩根導線連接滑動變阻器電阻線圈的兩端（即一上二下）。

　　二、分壓式與限流式的特點：

　　1. 待測電阻上電壓的調節範圍不同

　　設電源的電動勢為E，內阻不計。在限流式連接中，待測電阻Rx上的電壓調節範圍為RxE/（Rx+ Rp）-E（Rp為滑動變阻器的最大阻值）。在分壓式連接中，Rx上的電壓調節範圍為0-E。可見分壓式連接中電壓調節範圍比限流式大。

　　2. 待測電阻上電流的調節範圍不同

　　設電源的電動勢為E，內阻不計。在限流式連接中，流過待測電阻Rx上的電流調節範圍為E/（Rx+ Rp）-E/ Rx。在分壓式連接中，流過Rx的電流調節範圍為0-E/ Rx。可見分壓式連接中電流調節範圍比限流式大。

　　從上面兩點可以看出：限流電路的調節範圍與Rp有關。在電源電壓E和待測電阻的電阻Rx一定時，Rp越大，用電器上電壓和電流的調節範圍也越大;當Rp比Rx小得多時，用電器上的電壓和電流的調節範圍都很小。而分壓式接法的電壓和電流的調節範圍與滑動變阻器Rp無關。

　　3.電路消耗的功率不同在分壓式連接中，幹路電流大，電源消耗電功率大。而在限流式連接中，幹路電流小，電源消耗電功率小。

　　三、分壓式與限流式的選擇

　　滑動變阻器的兩種接法都能控制調解負載的電流和電壓，但是在相同條件下調解效果不同，實際應用中要根據具體情況恰當地選擇限流接法和分壓式接法。

　　1.通常情況下（滿足安全條件）由於限流式電路能節約能源，電路結構簡單，因此應優先選擇限流式接法（以提高電路效率）。

　　2.為了便於調解，在待測電阻的阻值Rx小於變阻器總電阻或相差不多，且電壓電流變化不要求從零開始調，可採用限流法3.為了便於調解，在待測電阻的阻值Rx遠大於變阻器的總電阻的情況下應選擇分壓式4.在下列情況下必須採用分壓式：

　　4.1當滑動變阻器總電阻小於被測電阻時，且要求測量的電壓或電流變化範圍較大

　　4.2明確要求測量電路的電壓從零開始變化

　　4.3若採用限流接法，電路中的最小電流仍超過用電器的額定電流。

　　綜上所述，可以簡記為：零起必分（壓），滑小必分（壓）;滑大可限（流），但燒表必分。

　　四、分壓式接法中，怎樣選擇滑動變阻器

　　1、首先保證儀器安全，即滑動變阻器在電路中不被損壞。例如：要描繪某電學元件（最大電流不超過6mA，最大電壓不超過7V）的伏安特性曲線，設計電路如圖，圖中定值電阻Ｒ為1KΩ，用於限流；電流表量程為10mA，內阻約為5Ω；電壓表（未畫出）量程為10V，內阻約為10KΩ；電源電動勢E為12V，內阻不計。（1）實驗時有兩個滑動變阻器可供選擇：a：阻值0到200Ω，額定電流A30、B：阻值0到20Ω，額定電流A5.0。本實驗應選的滑動變阻器是 （填「a」或「b」）

　　解析：在該題中，若選擇滑動變阻器b（阻值0-200Ω，額定電流A5.0）時，電路中的最小電流是：A16.02012，顯然AA5.06，滑動變阻器將被燒壞。要保證滑動變阻器不被燒壞，只能選擇滑動變阻器a（阻值0-200Ω，額定電流A3.0）。

　　2、其次所設計的電路應能夠達到實驗的目的，即多測量幾組數據，要達到這個要求，滑動變阻器相比待測量電阻越小越好。

　　例如：在「描繪小燈泡的伏安特性曲線」的實驗中，除有－標有「6V，1.5W」的小燈泡、導線和開關外，還有：

　　A．直流電源 6V（內阻不計）

　　B．直流電流表0～3A（內阻0.1Ω以下）

　　C．直流電流表0～300mA（內阻約為5Ω）

　　D．直流電壓表0～15V（內阻約為15kΩ）

　　E．滑動變阻器0～10Ω 2A

　　F．滑動變阻器0～1kΩ 0.5A

　　實驗要求小燈泡兩端的電壓從零開始變化並能多測幾次．滑動變阻器應選用（用序號表示）

　　解析：由於實驗要求小燈泡兩端的電壓從零開始變化並能多測幾次，則滑動變阻器應該是分壓式接法，滑動變阻器相比待測量電阻越小越好，因而應選擇滑動變阻器E（0～10Ω，2A）。

　　分壓式接法中，在保證儀器安全的前提下，為什麼選擇滑動變阻器阻值越小越好。例如：如圖甲所示為分壓式電路圖，已知電源電動勢為E，內阻不計，變阻器總電阻為Rp。閉合開關S後，負載電阻RL兩端的電壓U隨變阻器a端至滑動觸頭間的電阻Rx的變化而變化。關於負載電阻兩端的電壓U隨RX變化的關係式為：

　　若電源電動勢為10V，變阻器總電阻為Rp=10Ω，負載電阻分別為RL1=1Ω、RL2=3Ω、RL3=5Ω、RL4=10Ω、RL5=15Ω、RL6=20Ω、RL7=30Ω、RL8=100Ω時的圖像如圖乙所示：

　　由圖可知，對於不同的RL值，調節滑動觸頭時負載電阻兩端的電壓變化規律不同。當負載電阻RL越小於變阻器電阻Rp時，負載電阻兩端的電壓U隨RX的變化而更迅速變化；當負載電阻RL越大於變阻器電阻Rp時，負載電阻兩端的電壓U隨RX的變化而更加平穩變化，從而可獲得更多的實驗數據。顯然在分壓式接法中，在保證儀器安全的前提下，滑動變阻器阻值相比負載電阻阻值越小越好。

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