实验分析限流式、分压式滑动变阻器阻值的选择方法

杨青华+�おお�

滑动变阻器的连接方式和阻值的选择在平时电学实验及高考实验题中经常涉及，在限流式、分压式连接滑动变阻器方面，有很多相关研究，但对滑动变阻器阻值的选择问题涉及甚少。学生遇到限流式与分压式滑动变阻器阻值的选择问题时，经常靠记住的一些结论作答，不清楚选择的原因。本文主要从实验角度分析滑动变阻器阻值大小对测量电路的影响，总结出限流式及分压式接法滑动变阻器阻值的选择方法。

1限流式接法滑动变阻器阻值的选择理论分析

如图1所示，负载电阻R0，变阻器总电阻R1，电源电动势E，内阻不计。调节滑片p的位置，可连续改变ab间的电阻Rap，从而使整个电路的电流I随之变化。这里对滑动变阻器的要求是，滑动变阻器对电流的调节最好是线性的，不要突变，电流大小的变化范围要尽量大。

设滑动变阻器接入电路的长度为x，滑动变阻器总长为L（0≤x≤L），由闭合电路欧姆定律：

I=ERap+R0

I0=ER0，

k=R1R0，Rap=xLR1

得：I=I0Lkx+L

从公式中可以看出，当移动滑动变阻器接入电路的长度为x时，电路中的电流I随之变化。下面通过实验研究滑动变阻器接入不同长度x时，电流I随x的变化情况。

2限流式接法滑动变阻器阻值的选择实验及结果分析

实验器材：学生电源，开关，电流表，电压表，定值电阻阻值50 Ω，最大阻值分别为5 Ω、20 Ω、50 Ω、200 Ω、500 Ω的滑动变阻器，导线若干。

为了能清楚的看到滑动变阻器接入电路的长度，事先在滑动变阻器上标上刻度。

按滑动变阻器限流式接法实验电路图（见图1），先接入阻值为5 Ω的滑动变阻器，连接电路实物图，如图2所示。闭合开关，滑动变阻器的长度从零开始，逐渐增大。记录对应电流表的电流I与滑动变阻器接入电路的长度x，记录几组数据。完成实验后，关闭开关，断开电源。更换滑动变阻器，依次接入最大阻值为20 Ω、50 Ω、200 Ω，500 Ω的滑动变阻器，同样改变滑动变阻器接入电路中的长度x，记录相应的长度x与电流表的数值I。在表1中分别记录5次实验的实验数据。利用表格中的数据在坐标纸中画出I-x的关系图像，如图3所示。

从图3中可以直观地看出，当k很小时，电流I的变化范围较小，表示滑动变阻器对电流的控制作用不大，但电流变化过程中的线性和均匀性较好。当k较大时，可以看到x接近零时电流变化异常剧烈，其线性较差，给调节带来较大困难。

综合分析可得，为了使负载R0既能得到较宽的电流调节范围，又能使电流均匀变化，限流式实验电路中選择滑动变阻器时，应使滑动变阻器总电阻R1大于定值电阻R0，一般满足

R1的阻值为R0阻值的2～5倍。

3分压式接法滑动变阻器阻值的选择理论分析

图4为滑动变阻器分压式接法电路图，当滑片p置于某位置时，负载R0上电压为U。

由闭合电路欧姆定律得：

U=ERpb+R0RapR0+Rap·R0RpbR0+Rap

=ER0RapR0R1+RapRpb=ER0RapR0R1+Rap（R1-Rap）

令k=R0R1，x=RapR1（0≤x≤1）

则U=Ekxk+x（1-x）

从公式中可以看出，负载两端的电压随着接入滑动变阻器长度x的变化而变化。下面通过实验研究分压式接法负载两端电压值U与滑动变阻器接入电路长度x的关系。

4分压式接法滑动变阻器阻值的选择实验及结果分析

按滑动变阻器分压式接法实验电路图（见图4），先接入阻值为5 Ω的滑动变阻器，连接电路实物图，如图5所示。闭合开关，滑动变阻器的长度从零开始，逐渐增大，记录对应的电压表U与滑动变阻器接入电路的长度x。完成实验后，断开开关，关闭电源。

更换滑动变阻器，依次接入最大阻值为20 Ω、50 Ω、200 Ω的滑动变阻器，同样改变滑动变阻器接入电路中的长度x，记录x及对应的电压值U。在表2中分别记录4次实验的实验数据U-x。利用表格中的数据在坐标纸中画出U-x图像，如图6所示。

从图6可以看出，当k>1时，U-x基本呈线性关系，表明调节滑动变阻器时，负载电压变化均匀。当k很小时，如k=0.25，R1=200 Ω，在0～7 cm的范围内，电压变化范围较小，x接近7时，R0上电压迅速增加，说明调节电压较困难。可以推想当R1更大时，在0～7 cm范围内电压可调范围更小，在某一位置突变后，想要获取多组实验数据十分困难。

选择分压电路的滑动变阻器阻值时，从电压调节均匀角度及操作可行性方面考虑，应使得滑动变

阻器的阻值R1小于负载电阻R0，在实际分压电路中，一般滑动变阻器R1的阻值为R0阻值的01～05倍。

综上所述，本文通过实验的方法研究限流式、分压式滑动变阻器阻值的选择方法，实验操作方便，现象明显，结论易于总结。