高考物理中滑动变阻器的限流式接法探讨

(1．浙江省永嘉县上塘中学，浙江 永嘉 325100；2．北京市第八十中学，北京 100102)

1 滑动变阻器的接法

电学实验的高频考点出现在《恒定电流》这一章，其中“滑动变阻器的接法”是必须掌握的知识要点.滑动变阻器的接法有分压式接法和限流式接法两种.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、电流强度都起控制调节作用，通常把图1电路称为滑动变阻器限流式接法，图2电路称为滑动变阻器分压式接法.

图1

图2

2 变阻器限流式接法的选用

绝大部分高中生在初中阶段就已经掌握了滑动变阻器的限流式接法，而滑动变阻器的分压式接法是高二才出现的新知识.正因为滑动变阻器的分压式接法在高中才出现，所以事实上常见的高中物理习题中滑动变阻器80%以上采用分压式接法.

例1(2014年天津)：现要测量一个未知电阻Rx的阻值，除Rx外可用的器材有：多用电表(仅可使用欧姆挡)，一个电池组E(电动势6V)，一个滑动变阻器R(0～20Ω，额定电流1A)，两个相同的电流表G(内阻Rg=1000Ω，满偏电流Ig=100μA)，两个标准电阻(R1=29000Ω，R2=0.1Ω)，一个电键S、导线若干.

①为了设计电路，先用多用电表的欧姆挡粗测未知电阻，采用“×10”挡，调零后测量该电阻，发现指针偏转非常大，最后几乎紧挨满偏刻度停下来，下列判断和做法正确的是( ).

A．这个电阻阻值很小，估计只有几欧姆

B．这个电阻阻值很大，估计有几千欧姆

C．如需进一步测量可换“×1”挡，调零后测量

D．如需进一步测量可换“×1k”挡，调零后测量

②根据粗测的判断，设计一个测量电路，要求测量尽量准确并使电路能耗较小，画出实验电路图，并将各元件字母代码标在元件的符号旁.

解析：①因为电表指针几乎满偏，可知所测电阻很小，只有几欧姆，所以选项A正确、B错误.根据欧姆表的特点，若要进一步精确测量，应换用小倍率，并重新进行欧姆调零，所以C选项正确、D错误.

②根据伏安法测电阻原理和串、并联电路规律，可将电流表串联电阻R1后测量电压，另一个电流表并联R2后测量电压，题目要求能耗较小，故变阻器采用限流式接法，所以电路设计如图3所示.

图3

图4

例2(2014年山东)：实验室购买了一捆标称长度为100m的铜导线，某同学想通过实验测其实际长度.该同学首先测得导线横截面积为1.0mm2，查得铜的电阻率为1.7×108Ω·m，再利用图4甲所示电路测出铜导线的电阻Rx，从而确定导线的实际长度.可供使用的器材有：

电流表：量程0.6A，内阻约0.2Ω；

电压表：量程3V，内阻约9kΩ；

滑动变阻器R1：最大阻值5Ω；

滑动变阻器R2：最大阻值20Ω；

定值电阻：R0=3Ω；

电源：电动势6V，内阻可不计；开关、导线若干.

回答下列问题：

(1)实验中滑动变阻器应选(填“R1”或“R2”)，闭合开关S前应将滑片移至端(填“a”或“b”).

(2)在实物图6中，已正确连接了部分导线，请根据图4电路完成剩余部分的连接.

图5

(3)调节滑动变阻器，当电流表的读数为0.5A时，电压表示数如图5所示，读数为V.

(4)导线实际长度为m(保留2位有效数字).

图6

(2)根据电路图4，变阻器采用了限流式接法，连接实物如图7所示.

图7

(3)电压表读数为2.3V.

3 总结

滑动变阻器的两种接法各有特点，滑动变阻器以什么形式连入电路，首先应考虑安全，其次是考虑误差.安全因素应考虑各电表的读数不能超过量程，电阻类元件的电流不能超过其最大允许电流等；减少误差一般应要求各电表的实际读数不小于量程的1/3.

滑动变阻器采用限流接法的适用情况是：①测量时电路电流或电压没有要求从零开始连续调节，只是小范围内测量，且R1与R0接近；②电源的放电电流或滑动变阻器的额定电流太小，不能满足分压式接法的要求时；③没有很高的要求，仅从安全性和精确性角度分析两者均可采用时.

参考文献：

钱呈祥.滑动变阻器选择接法的方法和技巧[J].中小学实验与设备，2012，(1).