用数字实验直观显示接法对比

王仁泉

(南通市天星湖中学 江苏 南通 226010)

在电学实验的有关直流电路问题中，经常会要求学生画出实验电路图．其中，滑动变阻器是很常见的电学元件，滑动变阻器接入电路通常有两种接法：限流接法和分压接法．选择怎样的电路就是一个必须首先解决的问题，对滑动变阻器的选择也是一个让学生容易出错的地方．笔者从理论和DIS实验两个角度进行对比，以期让学生有一个更加全面的认识，从而能够更好地解决相关的问题．

1 两种接法的比较

表1 接法对比

由表1可以看出，滑动变阻器的分压式接法中，电压和电流的调节范围大，而限流式由于电路简单且只有部分电阻接入电路，故接法较节能．

在实际问题中，我们应该如何来进行电路及滑动变阻器的选择？笔者用不同阻值的滑动变阻器对两种接法进行了传感器的对比实验，通过计算机直观显示了待测电阻上的电压随阻值变化的情况，在此基础上再加以归纳、总结，取得较好的效果．

2 DIS对比实验

设被测电阻R的阻值大约为20 Ω，选4种滑动变阻器，总阻值R0分别为5 Ω，20 Ω，50 Ω，200 Ω，利用表1中的电路图，分别对两种接法进行计算机对比实验，实验结果如图3所示．其中图3(a)为限流接法，图3(b)为分压接法，两图中的a,b,c,d图线分别由5 Ω，20 Ω，50 Ω，200 Ω的滑动变阻器实验所得．另外，为了方便对所得图线的控制，限流接法中的阻值调节与实际实验相反，是由小到大地变化．

图3 两种接法计算机对比实验

由图3(a)可以看出，在滑动变阻器的限流接法中，要充分发挥滑动变阻器的调节功能，即滑片从左向右移动过程中，要使被测电阻的电压发生明显的变化，而且是近乎直线的均匀变化，选择阻值与被测电阻阻值相当的滑动变阻器效果最好，如图3(a)中的图线b．如果滑动变阻器的阻值太小了，则被测电阻上的电压变化范围比较小，如图线a；如果太大了，仅仅是在滑到与被测电阻阻值相当过程是明显的、均匀的变化，之后的变化就不太明显了，尤其如图线d，这也进一步说明了在选择滑动变阻器时，并不是阻值越大越好，而是在可行的情况下选择阻值与被测电阻相当的滑动变阻器，这也很好地解释了学生“反正是限流接法，为什么不去选择阻值最大的那个滑动变阻器？”的困惑．

由图3(b)可以看出，滑动变阻器的阻值越小，所得到的图线越趋于直线，如图线a．即在滑动变阻器的分压接法中，要充分发挥滑动变阻器的调节功能，也就是说，滑片从左向右移动过程中，要使被测电阻的电压能够尽可能地均匀变化，选择阻值比被测电阻的阻值小得多的滑动变阻器效果最好．

有了上面的定性分析和数字实验对比，就可以顺其自然地总结、归纳接法以及选择合适的滑动变阻器．

3 电路结构及滑动变阻器的选择

(1)必须使用分压式接法的几种情况

1)若采用限流式接法不能控制电流满足实验要求，即若滑动变阻器阻值调到最大时，待测电阻上的电流(或电压)仍超过电流表(或电压表)的量程，或超过待测电阻的额定电流(或电压)，则必须选用分压式接法．

2)若待测电阻的阻值比滑动变阻器总电阻大得多，以致在限流电路中，滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端时，待测电阻上的电流或电压变化不明显，此时，应改用分压电路．

3)若实验中要求电压从零开始调节，则必须采用分压式接法．

在两种电路均可使用的情况下，应优先采用限流式接法，因为限流式接法电路简单、耗能低．

(2)两种接法选择滑动变阻器的原则

如果R很小，限流式接法中滑动变阻器分得电压较大，调节范围也比较大．R很大时，分压式接法中R几乎不影响电压的分配，滑片移动时，电压变化接近线性关系，便于调节．

1)限流式接法适合测量阻值小的电阻，选择滑动变阻器的原则是与待测电阻差不多或略大．

2)分压式接法适合测量阻值较大的电阻，所选择的滑动变阻器阻值要尽可能小，但是要注意额定电流不能太小，因为滑动变阻器上有一部分电阻上的电流为待测电阻上的电流与被分压电阻上的电流之和．