滑动变阻器在电路中的应用

滑动变阻器在电路中的应用

作者：曾柳艳

来源：《信息教研周刊》2013年第11期

内容摘要：

滑动变阻器的认识和使用方法是高中生必须掌握的知识点。笔者根据学生学习过程中存在的问题及滑动变阻器的结构和电路特点，对滑动变阻器的两种接法——分压接法和限流接法的选择和使用进行详细的分析。

关键字：分压接法限流接法

滑动变阻器是一个可以连续改变电阻值的可变电阻，它在电路中能起到调节电流的大小及两点间电压的作用，是电学中最基本、最常见的器材之一，也是高考重要考点之一。在教学中，必须使学生掌握滑动变阻器在电路中的应用，特别是滑动变阻器的分压和限流两种连接方式的比较和选择。因此，笔者根据自己的教学经验，对滑动变阻器的应用作如下探讨。

一、滑动变阻器的认识

1、滑动变阻器的构造

如图1所示，A、B、C、D四个接线柱，P为滑动触头，AB间为电阻可忽略不计的粗金属杆。CD间为绕制的电阻丝，电阻丝彼此绝缘。

2、原理：根据电阻定律阻值与导体长度成正比，改变接入电路中的电阻丝的长度就实现改度电阻的目的。

3、滑动变阻器的连接

（1）当滑动变阻器作为定值电阻使用时，把C、D连入电路，此时电阻为滑动变阻器的电阻最大值，滑动触头P在任何位置都不能改变电阻值。

（2）当滑动变阻器作为可变电阻使用时，其功能有二：（一）通过改变变阻器电阻，改变电路电流，实现对电路电流的控制。（二）通过改变变阻器电阻、改变用电器的电压，起调压器的作用。

如图2所示，把B与D连接，C、D接入电路，起控制电路电流作用，当滑动头P从左端D向左移动过程，滑动变阻器电阻逐渐减小。注意实验开始时应将滑动头P至于右端D。

如图3所示，把变阻器C、D接线柱与电源连接，C与B与用电器相连。用电器与CP间电阻并联，用电器与CP间电压相等，改变P的位置改变用电器两端电压，实现调制电压作用。

二、滑动变阻器的两种接法——分压接法和限流接法

近几年的高考物理实验题中，多次出现考察滑动变阻器的两种接法——分压式与限流式。但学生对滑动变阻器两种连接方式的选择问题经常会出错。为什么会出现这一现象？主要原因是学生没有掌握两种连接方式的特点及作用，遇到具体问题时不知道选用哪种连接形式，下面笔者根据学生存在的问题以及滑动变阻器的结构和电路特点，探讨如何选择电路的连接方式。

1、滑动变阻器的分压接法和限流接法的电路分析

（1）滑动变阻器的分压接法

如图4（a）所示的电路中，滑动变阻器总电阻为R0，输入电压为U0，负载电阻R两端的电压U随变阻器调节变化情况作如下的讨论：

首先，不接负载R时，输出端的电压可见，U与Rap成正比，输出电压成线性变化，如图1（b）中①所示。

其次，当滑动变阻器的aP连接负载电阻R时，P点左边电路的等效电阻减小，与P点右边部分串联而得的电压将比原来减小，如图1（b）②所示。

再次，当负载电阻R很小，对于确定的Rap，左部分分得的电压将更小，如图如图1（b）③所示。

可以得出结论：分压接法要能通过连续调节滑动变阻器得到平缓变化的电压，负载阻值应该较大。换言之，分压接法滑动变阻器应该选用阻值相对较小的。

（2）滑动变阻器的限流接法

如图5所示的电路输入电压为U0，滑动变阻器总阻值为R0，滑动变阻器对负载R0电流的控制情况作如下的讨论：

由（a）图知：，电路中的电流：可见，电流 I随RaP的增大而减小，如图（b）所示。

由此可见，若滑动变阻器总电阻R0较小，它对整个电路的电流控制能力就小。但是，实际选择滑动变阻器时，并不是R0越大越好。R0很大，其单位长度的阻值越大，触头P处a点稍作移动，整个电路总电阻迅速增大，通过电路的电流就很小，要连续均匀地调节电流，负载R两端的电压，滑动变阻器只能在极小的范围内调节，所以操作很不方便。

通过分析图线，可以得出结论：限流式接法要能在调节过程中平缓控制电流（电压），滑动变器阻值要稍大些。一般来说，约为待测电阻的3—10倍。

2、分压接法和限流接法的比较

结合上述分析滑动变阻器的分压接法和限流接法对电压、电流等的控制作用见下表：

3、滑动变阻器分压接法和限流接法的选择

由上面两种电路的对比可以看出：分压电路调节范围大，细调程度均匀。限流电路连线简单，功率损耗小，也是可取之处。如何选择控制电路，既能满足实验要求又安全省电呢？现在笔者总结出选用两种电路接法的原则如下：

（1）在下面三种情况下必须选择分压接法：

①当待测电阻远大于滑动变阻器的最大电阻，且实验要求的电压变化范围较大（或要求测量多组数据）时，必须选用分压接法。

②若采用限流接法，电路中实际电压（或电流）的最小值仍超过或电表的额定值时，只能采用分压接法。

③要求回路中某部分电路的电流或电压实现从零开始连续调节时，即大范围内测量时，必须采用分压接法。

（2）以下情况可选用限流接法：

①测量时电路电流（电压）没有要求从零开始连续调节，只是小范围内测量，且负载电阻R接近或小于滑动变阻器电阻R0，采用限流接法。

②电源的放电电流或滑动变阻器的额定电流太小，不能满足分压接法的要求，应采用限流接法。

③没有很高的要求，仅从安全性和精确性角度分析两者无可采用时可考虑安装简便和节能因素采用限流接法。

可见，掌握了分压与限流接法的选择原则和电路特点，对解决滑动变阻器的连接问题是颇为方便的。