浅谈电学实验中如何恰当选择滑动变阻器

罗丽兰

摘要：电学实验电路一般可分为电源、控制电路和测量电路三部分，其中控制电路的核心元件为滑动变阻器。滑动变阻器是电路元件，它的工作原理是通过改变接入电路的电阻线的长度来改变电阻的，从而逐渐改变电路中的电流大小，达到使测量电路的电流和电压在一个合适的范围内变化，从而便于多测几组数据，进行数据的分析和处理，得出结果。因此在电学实验中往往就涉及到有关滑动变阻器的选择问题，下面就以伏安法测电阻实验中有关滑动变阻器选择的问题进行一个简单阐述。

关键词：电学实验；滑动变阻器一.滑动变阻器限流式接法和分压式接法的比较

滑动变阻器在电学实验中有两种接法：限流式接法和分压式接法。

如图所示的两种电路中，滑动变阻器（最大阻值为R0）对负载RL的电压、电流都能起到控制调节作用，把图（a）电路称为滑动变阻器的限流式接法，图（b）电路称为滑动变阻器的分压式接法。

（1）这两种接法具有的特点：负载RL上电压调节

范围（忽略电源内阻）负载RL上电流调

节范围（忽略电源内阻）相同条件下电

路消耗的总功率限流式接法RLRL+R0E≤UL≤EERL+R0≤IL≤ERLEIL分压式接法0≤UL≤E0≤IL≤ERLE（IL+Iap）比较分压电路调节范围较大分压电路调节范围较大限流电路能耗较小（2）对这两种接法进行比较：

1.从调节范围上比较，分压电路具有调节范围宽的优点，其次是它的电流，电压都包含了0值。

2.从方便调节的角度比较，在限流电路中，通RL的电流IL=ERL+R0，当R0>RL时IL主要取决于R0的变化，当R0>RL時，R并≈RL，所以RL两端电压随R0增大而增大，几乎不受负载影响。当RL比R0小或小很多时，R并≈R0这时几乎不受影响，不宜采用分压电路。可简单的归纳为：大负载R0>RL时，分压电路；小负载R0

3.从两电路连线和节能角度比较，限流电路简单，限流电路耗能小（EIL）；分压电路复杂，分压电路耗能大（E（IL+Iap）。

二.滑动变阻器限流式接法和分压式接法的选择

根据滑动变阻器两种接法的不同点，那在实验电路设计时，对滑动变阻器在电路中的连接，我们该什么时候选用限流式接法，什么时候选用分压式接法？

不管滑动变阻器以何种接法接入电路，都应遵循安全性、方便性、精确性、节能性等原则综合考虑，灵活择取。

1.安全性：通过电源、电阻和电表的电流不能超过其允许的最大电流。例如：有一个“0.5A，2.5W”的电阻，用12V供电，现有一个最大阻值为10Ω的滑动变阻器，若采用限流接法，滑动变阻器取最大阻值时，此时电路中的最小电流I=1210+10A=0.6A，仍大于电阻的额定电流0.5A，故不安全，故从安全性考虑须采用分压。

2.方便性：选用滑动变阻器时应考虑对外供电电压的变化范围既能满足实验要求，又便于调节。例如：滑动变阻器的最大值R0 =20Ω，待测电阻RL=2000Ω，若滑动变阻器采用限流式接法，则电路中总电阻的变化范围为2000Ω——2020Ω，通过待测电阻上的电流或待测电阻两端的电压变化不明显，不方便调节，不方便采集数据，故须采用分压接法。

3.精确性：应使所测量的问题尽可能准确。例如：测量小灯泡伏安特性曲线的实验中，小灯泡两端的电压从零开始描绘，这就必须采用分压才行，限流是不可能使小灯泡两端的电压从零开始的。

4.节能性：尽可能使电路的耗能较小。若滑动变阻器两种接法都可以的话，从节能性角度考虑，应优先选择滑动变阻器限流式接法。

综合考虑各种原则，则有：

①要求回路中某部分电路的电流或电压实现从零开始可连续调节时（如：测定导体的伏安特性、校对改装后的电表等电路），必须采用分压接法（零起必分压）；

②当待测电阻RL远大于滑动变阻器的最大值R0，且实验要求的电压变化范围较大（或要求测量多组数据）时，必须采用分压接法（滑小必分压）；

③若采用限流接法，滑动变阻器阻值调到最大时，通过待测电阻上的电流或两端的电压仍超过待测电阻或电表的额定值，这时必须采用分压接法（烧表必分压）；

④若限流、分压都可以，则选用限流式，耗能小。

下面通过一道实例来体会一下：

【例题】有一个待测电阻R，其阻值大约40Ω～50Ω之间，现要进一步测量其电阻，手边现有如图所示器材：

电源E（电动势12V，内阻为0.5Ω）

电压表（0～3 V～15V，内阻约10kΩ）

电流表（0～0.6A～3A，内阻约1Ω）

滑动变阻器R1（阻值0～10Ω，额定电流2A）

滑动变阻器R2（阻值0～1700Ω，额定电流0.3A）

电键S和导线若干

要求多次测量电阻R的电压U和电流I值，求电阻。现回答下面问题：

电压表的量程应选 ，电流表的量程应选 ，滑动变阻器应选 。

在此题中有两种规格的滑动变阻器， 那在实验中，我们该如何来作出选择呢？

在此实验中，根据仪器选择原则，电压表选择0-15V，电流表选择0-0.6A。

若滑动变阻器接成限流，则待测电阻两端的电压U=RRA+r+R+RapE，故其电压可调范围为RRA+r+R+R滑E——RRA+r+RE

当滑动变阻器选R1时，代入数据得0.77E——0.96E；当滑动变阻器选R2时，代入数据得0.02E——0.96E；从可调范围的大小来看，限流式接法选滑动变阻器R2比滑动变阻器R1好。但因为R2数据较大，会使待测电阻两端的电压U在滑片滑过最初较长的一段距离，电压变化不明显，在接近滑动变阻器末端附近移动滑片时，电压快速变化，这样很不利于数据的采集，误差较大。

若滑动变阻器接成分压，则待测电阻两端的电压

U=ERRapR+Rap+r+RpbRRapR+Rap=RRapERapr+R滑-Rap+r+R滑R

从式中可以得出，当滑动变阻器选择R2时，滑动变阻器的滑片滑过较长的一段距离时，U的变化范围不明显，接近滑动变阻器末端附近时，电压的变化太大，不利于数据的采集；当滑动变阻器选择R1时，U会随Rap的均匀增加而均匀增加，这时U几乎由Rap决定，而R的影响可以忽略，因此这种情况容易调节且调节精度较高，便于数据的采集。

综合分析得在此例题的实验中应选择分压接法且滑动变阻器选R1，实验误差较小。进而也可以得出若控制电路中滑动变阻器采用分压接法时，滑动变阻器的最大阻值应小于被测电阻的阻值，一般为待测电阻的110·～12倍之间为最好。（作者单位：广东梅县东山中学514700 ）