变阻器两种接法的比较与选择

华兴恒

滑动变阻器是电学实验中使用率极高的仪器，其用法也是历年高考的考查热点，其连入电路时通常有分压和限流两种连接方法.下面对两种接法作一简单比较.

分压式限流式比较

电路图

负载R0上电压变化范围0～E（电源内阻不计）R0ER0+R～E

分压调整范围大

负载R0上电流变化范围0～ER0ER0+R～E

分流调整范围大

闭合开关前触点所处位置左端左端

全电路消耗的总功率P=EI总E（IR0+IRPB）E·IR0限流能耗小

一、选择连接方式的原则

由上表可见，滑动变阻器的两种电路连接方法均能控制负载的电流、电压，但两种接法之间还是有一些差异的，对不同的负载产生的效果不同，在应用时必须根据实际情况取长避短，应遵循以下原则：

1. 安全原则：变阻器是一种控制器件，在电路中除了调节功能之外，还有重要的保护功能.选择接法时要考虑仪表量程及器件的额定功率等因素，以保证仪表、器件的安全使用，这是实验得以正常开展的前提.

2. 达标原则：有了安全的前提保障，在选择接法时必须致力于实验目标的实现.

3. 求精原则：在目标能够实现的基础上，要精益求精，力求达到更为理想、准确的实验结果.如尽可能使电流表、电压表的指针偏过较大角度（一半以上），以准确读数.

4. 简便节能的原则：如果变阻器两种用法均能得出理想的结果，由前面列表对比可知：限流电路连接简便，并且比分压电路省了一根导线；此外，在负载工作电流一致的情况下，限流电路的总电流较小，总功耗较小，结构简单，可谓省料节能，应优先考虑.

对于教材中一些常见的电学实验，如伏安法测电阻、测电源的电动势和内电阻以及测金属丝的电阻率等，由于实验本身对电压、电流的调节无甚特殊要求，基于本条原则，课本上给出的电路图中变阻器均采用了限流式的接法，大家也就不难理解了.

二、电流表内、外接法的选择

由于电流表、电压表内阻的影响，不论采用电流表内接法还是外接法都不可避免地会产生误差.因此为了减小误差，当RxRA>RVRx时，一般采用电流表内接法；当RxRA

三、两种电路的使用条件

1. 分压电路的使用条件

（1） 当用电器电阻远大于滑动变阻器的最大阻值，且实验要求的电压变化范围较大（或要求测量多组实验数据）时，必须采用分压电路.

（2） 电源电动势过大，尽管滑动变阻器的阻值也较大，但总电流大于负载的额定电流值，或大于所给电表的量程时，必须选用分压电路.

（3） 要求回路中某部分电路的电流或电压从零开始可以连续变化时，必须采用分压电路.

2. 限流电路的使用条件

（1） 在负载电流相同的情况下，限流电路中干路电流比分压电路中干路电流小，所以限流电路中消耗的总功率小，从减小电能损耗的角度考虑，必须选用限流电路.

（2） 用较大阻值的滑动变阻器控制小阻值的负载，且在负载和电表安全的前提下，必须选用限流电路.

例1某电压表的内阻在20 kΩ～50 kΩ之间，现要测量其内阻，实验室提供下列可供选用的器材：待测电压表（量程0～3 V），电流表A1（量程200 μA），电流表A2（量程50 mA）， 电流表A3（量程0.6 A），滑动变阻器R （最大阻值1 kΩ），电源E（4 V），开关S，导线若干.

（1） 所提供的电流表中，应选用（填字母代号）；

（2） 为了尽量减小误差，要求测出多组数据，请你画出实验电路图.

解析（1） 电路中的最大电流Imax=ERV=0.2mA（RV用20 kΩ代入），故电流表应选A1.

（2） 滑动变阻器的阻值远远小于电压表的内阻RV，且要求测多组数据，故用变阻器的分压连接.若变阻器接成限流电路，由于RRV，图1实验测量的IV、UV几乎不随R的变化而改变，很难测出几组明显不同的值，更谈不上尽量减小误差.实验电路如图1所示.

例2为测一个阻值约为25 kΩ的电阻，备有下列实验器材：

A. 电流表（量程100 μA，内阻2 kΩ）；

B. 电流表（量程500 μA，内阻300 Ω）；

C. 电压表（量程10 V，内阻100 kΩ）；

D. 电压表（量程50 V，内阻500 kΩ）；

E. 直流稳压电源（电动势15 V，最大电流1 A）；

F. 滑动变阻器（最大阻值10 kΩ）；

G. 导线若干.

（1） 电流表应选，电压表应选；

（2） 画出测量的电路图.

解析如果滑动变阻器采用限流接法，由于其总电阻值较小，使待测电阻分得的电压较大，超出了电压表C的量程，根据安全原则似应选电压表D.用电压表D实验虽能得出结果，但因所测电压的最大值尚不到其量程的13，读图2数的相对误差大.为此宜选用电压表C，并相应采取变阻器的分压接法，可以保证在电压表C的量程内使用，提高了测读的精确度.估算Rx上的最大电流Imax=UmaxRmax=10V25kΩ=400μA，故电流表宜选用B并采用内接法（因RARx）.电路如图2所示.

例3一电阻额定功率为0.01 W，阻值未知，用欧姆表测其阻值约为40 kΩ.试设计适当的电路，利用伏安法较精确测得其阻值.有下列器材供选用.

A. 电流表，量程300 μA，内阻150 Ω；

B. 电流表，量程1000 μA，内阻45Ω；

C. 电压表，量程3 V，内阻6 kΩ；

D. 电压表，量程15 V，内阻30 kΩ；

E. 电压表，量程50 V，内阻100 kΩ；

F. 1.5 V的干电池两节；

G. 直流电源，输出电压为6 V，额定电流3 A；

H. 直流电源，输出电压为24 V，额定电流0.5 A；

I. 直流电源，输出电压为100 V，额定电流0.1 A；

J. 滑动变阻器，0～50 Ω，额定功率3 W；

K. 滑动变阻器，0～2 kΩ，额定功率1 W；

L. 开关一个，导线若干.

应该选用的器材是，画出实验的电路图.

解析根据估算待测电阻的最大电流、电压，选定电流表、电压表、电源、滑动变阻器等，再确定实验电路.

（1） 选择实验器材：待测电阻的最大电流Imax=PR=0.01W40000Ω=500 μA；最大电压Umax=PR=0.01W×40000Ω=20 V.若选用量程为1000 μA的电流表，实验中指针只能在半偏转以下读数，引起的偶然误差较大，故应选用量程300 μA的电流表.

待测电阻的最大实际电压约为U=IR=3×10-4 A×40×103 Ω=12 V，故应选量程为15 V的电压表.

电源选用输出电压为24 V的直流电源.因待测电阻的阻值远大于滑动变阻器最大阻值，故应采用分压接法.若用0～50 Ω的滑动变阻器，其最小电流约为I

min=UR=24V50Ω≈ 0.5 A，最小功率为Pmin=I2R=（0.5 A）2×50 Ω=12.5 W，远大于其额定功率3 W；而用0～2 kΩ的滑动变阻器，其最小电流I′min=UR=24V2000Ω=0.012 A，最小功率为P′min=I2R=（0.012 A）2×2000 Ω=0.288 W，小于其额定功率1 W.故应选用0～2 kΩ的滑动变阻器.

综上所述，知应选用的器材是A、D、H、K、L.

（2） 选择实验电路：因待测电阻Rx的阻值（约为40 kΩ）与所选量程15 V的电压表的内阻RV （30 kΩ）接近，故采用电流表内接法；因待测电阻的阻值远大于所选用0～2 kΩ滑动变阻器的阻值，宜采用分压解法，电路如图3所示.

（收稿日期：2015-02-09）