滑动变阻器的连接方式和阻值的选择

滑动变阻器连接方式和阻值的选择
福建省政和第一中学 （353600）　黄健康
滑动变阻器的选择，是高考物理电学实验热点考查的内容。

它涉及连接方式和阻值大小两方面的选择。

研究相关物理问题时，要着眼于以下五个方面内容：
1．滑动变阻器的有效利用率
滑动变阻器的有效利用率，往往是绝大多数解题者容易忽视的问题。

滑动变阻器的有效利用率高低，表现在滑片移动的有效范围占整个可移动范围的大小。

在具体实验操作中，最好能让滑动变阻器有效利用率超过50%。

2．变阻器阻值与测量部分电路电阻大小对比
R x R 由于高中物理实验室中滑动变阻器通常匝数都在几十匝到一百匝左右。

为研究问题方便起见，我们不妨假设一百匝来讨论问题，这可以让滑动变阻器的有效利用率大小明显凸显出来，还能让滑动变阻器阻值的取值与待测电阻对比更加明朗化。

R x R 在不必考虑滑动变阻器最大允许通过电流的情况下，限流式接法的滑动变阻器阻值大小通常取值R 为待测电阻的3～10倍比较适当，而分压式接法的滑动变阻器阻值为待测电阻一半以下比较适x R R x R 当。

这样，通常能保证仪表指针偏转范围达满偏值三分之一（或半偏）以上，也能保证滑动变阻器的有效利用率超过50%。

当然，具体问题还应具体分析，上述取值只是通常情况下的一个值，有时会因特殊要求而有所变化。

譬如，半偏法测定电流表内阻时，为了保证整个电路电流几乎不变，限流式接法的滑动变阻器阻值必须保证远大于待测电流表的内阻。

当给定的滑动变阻器阻值不符合设想要求时，就要进行机动性选择了。

例如，分压式接法的滑动变阻器阻值达不到一半以下要求时，我们就要尽量选择阻值小一些的滑动变阻器，那样调节会更加方R x R 便，其有效利用率也会相对高一些。

3．测量范围或仪表偏转范围大小
作为实验题，在电路设计和仪表选择上，通常要让表针偏转量达半偏以上，实在无奈时表针偏转量最好也要能达到相应档位最大测量值的三分之一以上。

分压式接法测量部分电路电压和电流可从零开始起调，指针偏转范围大，相应测量范围大；限流式接法测量部分电路电压和电流不可从零开始起调，指针偏转范围小些，相应测量范围小些。

有时，一些做法和数据取值会给我们滑动变阻器接法选择上的暗示。

画电压、电流从零开始取值的伏安特性曲线，或者实验设计的测量表格中电压、电流数据从零开始取值，均暗示滑动变阻器连接上要采用分压式接法。

4．测量组数多少
这里所说的测量组数，是测量数据能够明显区分出来的测量组数。

利用图象法来确定物理量大小，最好测量组数能多一些，方便剔除某些偶然误差较大的数据。

滑动变阻器分压式接法因为测量范围大，因此测量组数会多一些。

而限流式接法测量范围小些，测量组数会少一些。

测量组数在六组以下，通常可以考虑限流式接法，测量组数超过6组，通常可以考虑采用分压式接法。

5．能否起到保护作用
滑动变阻器存在于电路中，得保证调节过程中，电源、电路元器件及自身消耗功率均不超过各元件额定功率值。

如果发现一种连接方式无法起到保护作用，则要考虑更换连接方式。

立足于上述五点，可以快速而准确地确定实验中滑动变阻器的连接方式和阻值大小。

[例1]有一待测金属丝，需精确测定其阻值（，约为5）
，现有下列器材：1W ＝额P R Ω电池组（电动势为6V ，内阻约0.5）
E Ω电压表V 1（量程0～3V ，内阻3K ）
Ω电压表V 2（量程0～15V ，内阻15K ）
Ω电流表A 1（量程0～0.6A ，内阻0.2）
Ω电流表A 2（量程0～3A ，内阻0.05）
Ω滑动变阻器（0～10，额定电流1A ）
1R Ω滑动变阻器（0～1700，额定电流1A ）
2R Ω开关及导线若干，实验中要求多测几组电流、电压值。

（1）在实验中电压表应选 ，电流表应选 ，滑动变阻器应选 。

（2）画出实验电路图。

分析：按照题目给出的仪器，仅能运用伏安法测量电阻。

（1）先考虑电流表和电压表的选择
≈0.45A ≈2.2V x
R P I ＝额x PR U ＝额电流表选择A 1，电压表选择V 1。

由于＜＜，故电流表采用外接法。

A x R R x V R R “多测几组电流、电压值”，这是滑动变阻器选择分压式接法的明显暗示。

由于分压式接法选择阻值小的滑动变阻器方便调节，故滑动变阻器选择。

1R 撇开题目文字暗示，我们通过以下讨论也能确定滑动变阻器连接方式和阻值大小。

讨论：当滑动变阻器采用限流式接法时，设接入电路的滑动变阻器电阻最小值为。

由
1R 可知，）（额r R R I E ++⋅=1Ω≈--=81r R I E R 额
若选滑动变阻器通过限流式接法接入电路，它只能从8调到10，可调节值仅为2，滑动变1R ΩΩΩ阻器有效利用率仅为20%。

另外，电阻取10时，电路电流仅为A 。

因而电流表指Ω39.01≈++=r
R R E I 针偏转范围从0.39A 到0.45A ，偏转范围为0.06A ，仅占总量0.6A 的十分之一，占的九分之一，根本额I 无法达到半偏甚至三分之一偏转量要求，无疑测量组数太少。

若选滑动变阻器通过限流式接法接入电路，它必须从8开始起调。

0～0.6A 档电流表每小格电2R Ω流为0.02A ，按偏转2格开始读取数据误差较小考虑，电流从0.04A ～0.45A ，偏转量0.4A 可达总量0.6A 的三分之二。

但是，电流为0.04A 时接入电路的电阻为，故滑动变阻器有效调Ω≈--=1452r R I
E R 节范围从8～145，有效利用率为总值1700的8%，无疑利用率太低。

直接表现在调节不方便上，ΩΩΩ滑片滑动一点点，电阻和电流便发生较大幅度变化，难以测量多组数据。

为直观起见，我们不妨设滑动
变阻器有100匝，有效利用率仅8%，这意谓着有效调节匝数仅有8匝。

由于滑动触片有一定宽度，有些触片会同时与几匝电阻丝相接触。

这样一来，滑片有效接触点往往仅有二到三个，也即能测出的有效数据仅能达到二到三组。

另外，按滑动变阻器阻值大小通常为测量部分电路电阻的3～10倍来考虑，也可以快速判定题R x R 给的两种滑动变阻器均不符合接成限流接法要求。

由于滑动变阻器分压式接法可以让电流、电压从零开始起调节到额定值，因而测量范围大，测量组数多。

虽然10滑动变阻器并没能达到待测电阻5一半以下要求，但考虑到分压式接法小阻值滑动变ΩΩ阻器更加方便调节，且估算可知通过滑动变阻器最大电流小于允许通过的最大电流1A ，并A R
E I 6.0=≈不会造成电路中的元器件损坏，故满足实验对保护元器件的要求，所以滑动变阻器可选择。

1R （2）实验电路图如下所示
[例2]有一个小灯泡上标有“4V 2W”的字样，现在要用伏安法描绘这个灯泡的－图线，现有I U 下列器材供选用：
A ．电压表（0～5V ，内阻10k ）
Ω B ．电压表（0～15V ，内阻20k ）
Ω C ．电流表（0～0.3A ，内阻1）
Ω D ．电流表（0～0.6A ，内阻0.4）
Ω E ．滑动变阻器（10，2A ）
Ω F ．滑动变阻器（500，1A ）
Ω G ．学生电源（直流6V ），开关、导线若干
（1）实验时，选用下面的图1而不选用图2电路图为完成实验，请说明理由： 。

（2）实验中所用电压表应选 ，电流表应选 ，滑动变阻器应选用 （用序号字母表示）
图1 图2
分析：小灯泡额定工作时电压仅4V ，额定电流为0.5（A ），故电压表要选测量范围为＝额额
42U P I =0～5V 的电压表（即序号A 的电压表），电流表要选测量范围为0～0.6A 的电流表（即序号为D 的电流表）。

小灯泡额定工作时的电阻，而电压低于4V 时，小灯泡电阻小于8。

82额额
P U R =ΩΩ用伏安法描绘灯泡的－图线的时候，电压和电流值均要从零开始取值，这就要求滑动变阻器必I U 须接成分压式接法。

故电路图选择图1。

滑动变阻器采用分压式接法时，选择小阻值的变阻器更加方便调节，有效利用率更高，故变阻器选择10的变阻器（也即序号为E 的滑动变阻器）。

Ω。