滑動(dòng)變阻器是中學(xué)電學(xué)實(shí)驗(yàn)中常用的儀器,它在電路中的接法有分壓和限流兩種,近幾年高考電學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)命題對(duì)其應(yīng)用多次直接或滲透考查。教材對(duì)此又沒有理論的講解,又沒有實(shí)際的指導(dǎo),學(xué)生感到無從下手,筆者從多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn),結(jié)合電路分析,對(duì)滑動(dòng)變阻器的這兩種接法使用作一點(diǎn)探討。
一、滑動(dòng)變阻器的分壓接法和限流接法的電路分析
1;瑒(dòng)變阻器的限流接法
如圖2所示的電路輸入電壓為U0,滑動(dòng)變阻器總阻值為R0,滑動(dòng)變阻器對(duì)負(fù)載R0電流的控制情況作如下的討論:首先,電路中的電流:I= U0RaP+R ,可見,I隨RaP的增大而減小,如圖(b)所示。當(dāng)Rap=0時(shí),電路中的最大電流Im=U0R ,R兩端的電壓最大Umax=U0。當(dāng)Rap最大值R0分別為負(fù)載電阻1、3、5……倍時(shí),電路中電流的最小值為Im2 、Im4 、Im6 ……負(fù)載電阻R兩端的最小電壓Umin為U02 、U04 、U06 ……可以得出結(jié)論:限流式接法要能在調(diào)節(jié)過程中平緩控制電流,滑動(dòng)變器阻值要稍大些。一般來說,約為待測(cè)電阻的3—10倍。以下情況可選用限流接法:
a.測(cè)量時(shí)電路電流沒須要求從零開始連續(xù)調(diào)節(jié),只是小范圍內(nèi)測(cè)量,且負(fù)載電阻R接近或小于滑動(dòng)變阻器電阻R0,采用滑動(dòng)變阻器限流接法。
b.電源的放電電流或滑動(dòng)變阻器的額定電流太小,不能滿足分壓接法的要求,應(yīng)采用滑動(dòng)變阻器限流接法。
c.沒有很高的要求,僅從安全性和精確性角度分析兩者無可采用時(shí)可考慮安裝簡(jiǎn)便和節(jié)能因素采用滑動(dòng)變阻器限流接法。
2。滑動(dòng)變阻器的分壓接法
如圖1所示的電路中,滑動(dòng)變阻器總電阻為R 0,輸入電壓為U0,負(fù)載電阻R兩端的電壓U隨變阻器調(diào)節(jié)變化情況作如下的討論:首先,不接負(fù)載R時(shí),輸出端的電壓U=U0R0 Rap,可見,U與成正比,輸出電壓電線性的,如圖1(b)中①所示。換言之,觸頭P在ab間移動(dòng)時(shí),左半部分分得的電壓是均勻變化的,電壓的變化范圍是0—U0。其次,當(dāng)滑動(dòng)變阻器的aP連接負(fù)載電阻R時(shí),P點(diǎn)左邊電路的等效電阻減小,與P點(diǎn)右邊部分串聯(lián)而得的電壓將比原來減小,如圖1(b)②所示。再次,當(dāng)負(fù)載電阻R很小,對(duì)于確定的Rap,左部分分得的電壓將更小,如圖如圖1(b)③所示?梢缘贸鼋Y(jié)論:分壓接法要能通過連續(xù)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器得到平緩變化的電壓,負(fù)載阻值應(yīng)該較大。換言之,分壓接法滑動(dòng)變阻器應(yīng)該選用阻值相對(duì)較小的。在下面三種情況下必須選擇分壓接法:
a.要使某部分電路的電壓或電流從零開始連續(xù)調(diào)節(jié),只有滑動(dòng)變阻器分壓接法的電路才能滿足
b.如果實(shí)驗(yàn)所提供的電壓表、電流表量程或電阻元件允許最大電流較小,采用限流接法時(shí),無論怎樣調(diào)節(jié),電路中實(shí)際電流都會(huì)超過電表量程或電阻元件允許的最大電流,為了保證電表和電阻元件免受損壞,必須采用滑動(dòng)變阻器分壓接法連接電路。
c.伏安法測(cè)電阻實(shí)驗(yàn)中,若所用的變阻器阻值小于待測(cè)電阻阻值,若采用限流接法時(shí),即使變阻器觸頭從一端滑至另一端,待測(cè)電阻上的電流變化小,這不利于多次測(cè)量求平均值或用圖像法處理數(shù)據(jù),為了變阻器遠(yuǎn)小于待測(cè)電阻阻值的情況下能大范圍地調(diào)節(jié)待測(cè)電阻上的電流,應(yīng)選擇滑動(dòng)變阻器的分壓接法。
二、滑動(dòng)變阻器分壓接法和限流接法的選擇
滑動(dòng)變阻器分壓接法和限流接法都能調(diào)節(jié)負(fù)載的電流,但在相同條件下的調(diào)節(jié)效果不同,實(shí)際應(yīng)用要根據(jù)情況恰當(dāng)?shù)剡x擇適當(dāng)?shù)姆椒āMǔG闆r下,由于限流電路能耗較小,結(jié)構(gòu)連接簡(jiǎn)單,因此,優(yōu)先考慮以限流接法為主。
三、分壓接法和限流接法的比較
滑動(dòng)變阻器接入電路后,它本身也要消耗電能,不同的接法造成的功率消耗是不一樣的。當(dāng)負(fù)載R通過相同的電流IR時(shí),分壓電路接法中的總電流I=IR+IaP;在限流接法電路中的總電I=IR。故分壓式接法時(shí)電路總電流大,電源的輸出功率較大,也就是說電路消耗的額外功率大。
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