浅析电学实验中如何选择滑动变阻器

陈 俊

(南京市第九中学 江苏 南京 210018)

电学实验是高中物理实验中很重要的一部分内容，也是高考物理实验部分的重点和难点.电学实验的考查主要集中在电路的设计和选择、仪器的选择等.而滑动变阻器的合理选择则是电学实验中的一个难点.那么在电学实验中该如何选择滑动变阻器及滑动变阻器接入电路中的方式呢？

在实验中滑动变阻器通常用来控制和调节某一段电路或某个用电器两端的电压或通过电路的电流，所以通常是连接在控制电路中.在控制电路中，滑动变阻器的连接方式有两种：限流接法和分压接法.

1 限流接法

图1所示的电路为滑动变阻器的限流接法.电源电动势为E(内阻不计).滑动变阻器的最大阻值为R0，被测电阻的阻值为R.闭合开关后，R两端的电压为

其可调范围为

图1

限流接法的特点是连接简单，始终只有部分电阻接入到电路中，在变阻器上消耗的能量相对而言比较少，但是电压调节范围不大.在对电压的调节要求不高的情况下可以选用.

滑动变阻器采用限流接法连接到电路中时，选取多大的变阻器比较合适呢？

假设R=100Ω(电源电动势E=1V，内阻不计)

(1)如果R0的最大值为10Ω，则整个电路中的电阻的变化范围为100～110Ω，电阻R两端的电压U随Rx的变化情况如图2所示.

图2

从图中可以看出，电阻R两端的电压U只在0.9V至1.0V之间调节，调节范围很小，不能起到控制电路的作用.

(2)如果R0的最大值为100Ω，电阻R两端的电压U随Rx的变化情况如图3所示.

图3

从图中可以看出，电阻R两端的电压U大概在0.5V至1.0V之间调节，电压变化比较平稳，能较好地起到控制电路的作用，但是电压的调节范围比较窄.

(3)如果R0的最大值为500Ω，电阻R两端的电压U随Rx的变化情况如图4所示.

图4

从图中可以看出，电阻R两端的电压U大概在0.1V至1.0V之间调节，电压的调节范围比较宽，电压变化比较平稳，能较好地起到控制电路的作用.

(4)如果R0的最大值为1 000Ω，电阻R两端的电压U随Rx的变化情况如图5所示.

图5

从图5中可以看出，电阻R两端的电压U在0.1V至1.0V之间调节，调节范围宽，但是通过分析图线可以看出，在Rx较小时，电压变化很快，例如从零变到100Ω的10%的变化过程中，电压从1V变化为0.5V，而在剩下的90%的调节过程中，电压从0.5V变到约0.1V，这样带来的结果是滑动变阻器不易控制，调节起来很难提高精确度，不能起到控制电路的作用.

综上所述，当R0与R的阻值比较接近时，避开了电压调节范围过小和调节精度过低的缺陷，R0介于2R到5R之间时，限流作用效果好且操作方便,故较为合适.

2 分压接法

图6所示的电路为滑动变阻器的分压接法.电源电动势为E(内阻不计)，滑动变阻器的最大阻值为R0，被测电阻的阻值为R.闭合开关后，R两端的电压为

其可调范围为0～E.

图6

分压接法的特点是滑动变阻器全部接入到电路中，在变阻器上消耗的能量相对而言较多，但是电压调节范围大.在对电压的调节要求范围较宽的情况下优先选用，特别是对于要求电压从零开始调节时，只能选用分压接法.

滑动变阻器采用分压接法连接到电路中时，选取多大的变阻器比较合适呢？

假设R=100Ω(电源电动势E=1V，内阻不计)

(1)如果R0的最大值为10Ω，电阻R两端的电压U随Rx的变化情况如图7所示.

图7

从图中可以看出，电阻R两端的电压U随变阻器电阻的阻值变化几乎呈线性关系，能很好地起到控制电路的作用.

(2)如果R0的最大值为50Ω，电阻R两端的电压U随Rx的变化情况如图8所示.

图8

从图中可以看出，电阻R两端的电压U随变阻器电阻的阻值变化较平稳，能很好地控制电路.

(3)如果R0的最大值为100Ω，电阻R两端的电压U随Rx的变化情况如图9所示.

图9

从图中可以看出，电阻R两端的电压U随变阻器电阻的阻值变化较平稳，也能起到较好的控制电路的作用.

(4)如果R0的最大值为1 000Ω，电阻R两端的

电压U随Rx的变化情况如图10所示.

图10

从图中可以看出，电压U随滑动变阻器的阻值变化情况为：在0～900Ω的调节过程中，电压由零变化到约0.5V；而在剩下的900～1 000Ω的调节过程中，电压由约0.5V变到1V，在实验中这样带来的结果是滑动变阻器不易控制，调节起来很难提高精确度，不能起到控制电路的作用.

当然，因为分压接法中变阻器全部阻值接在电路中，电路消耗的能量较大，还要考虑到滑动变阻器允许通过的最大电流的限制.

综上所述，在其他条件满足的前提下，当滑动变阻器的阻值比待测电阻的阻值小时，避开了滑动变阻器不易控制带来调节精度过低的缺陷，R0介于0.1 R到0.5 R之间，分压线性效果好且操作方便，适合选用.