滑動(dòng)變阻器是中學(xué)電學(xué)實(shí)驗中常用的儀器,它在電路中的接法有分壓和限流兩種,近幾年高考電學(xué)設計性實(shí)驗命題對其應用多次直接或滲透考查。教材對此又沒(méi)有理論的講解,又沒(méi)有實(shí)際的指導,學(xué)生感到無(wú)從下手,筆者從多年的教學(xué)經(jīng)驗,結合電路分析,對滑動(dòng)變阻器的這兩種接法使用作一點(diǎn)探討。
一、滑動(dòng)變阻器的分壓接法和限流接法的電路分析
1;瑒(dòng)變阻器的限流接法
如圖2所示的電路輸入電壓為U0,滑動(dòng)變阻器總阻值為R0,滑動(dòng)變阻器對負載R0電流的控制情況作如下的討論:首先,電路中的電流:I= U0RaP+R ,可見(jiàn),I隨RaP的增大而減小,如圖(b)所示。當Rap=0時(shí),電路中的最大電流Im=U0R ,R兩端的電壓最大Umax=U0。當Rap最大值R0分別為負載電阻1、3、5……倍時(shí),電路中電流的最小值為Im2 、Im4 、Im6 ……負載電阻R兩端的最小電壓Umin為U02 、U04 、U06 ……可以得出結論:限流式接法要能在調節過(guò)程中平緩控制電流,滑動(dòng)變器阻值要稍大些。一般來(lái)說(shuō),約為待測電阻的3—10倍。以下情況可選用限流接法:
a.測量時(shí)電路電流沒(méi)須要求從零開(kāi)始連續調節,只是小范圍內測量,且負載電阻R接近或小于滑動(dòng)變阻器電阻R0,采用滑動(dòng)變阻器限流接法。
b.電源的放電電流或滑動(dòng)變阻器的額定電流太小,不能滿(mǎn)足分壓接法的要求,應采用滑動(dòng)變阻器限流接法。
c.沒(méi)有很高的要求,僅從安全性和精確性角度分析兩者無(wú)可采用時(shí)可考慮安裝簡(jiǎn)便和節能因素采用滑動(dòng)變阻器限流接法。
2;瑒(dòng)變阻器的分壓接法
如圖1所示的電路中,滑動(dòng)變阻器總電阻為R 0,輸入電壓為U0,負載電阻R兩端的電壓U隨變阻器調節變化情況作如下的討論:首先,不接負載R時(shí),輸出端的電壓U=U0R0 Rap,可見(jiàn),U與成正比,輸出電壓電線(xiàn)性的,如圖1(b)中①所示。換言之,觸頭P在ab間移動(dòng)時(shí),左半部分分得的電壓是均勻變化的,電壓的變化范圍是0—U0。其次,當滑動(dòng)變阻器的aP連接負載電阻R時(shí),P點(diǎn)左邊電路的等效電阻減小,與P點(diǎn)右邊部分串聯(lián)而得的電壓將比原來(lái)減小,如圖1(b)②所示。再次,當負載電阻R很小,對于確定的Rap,左部分分得的電壓將更小,如圖如圖1(b)③所示?梢缘贸鼋Y論:分壓接法要能通過(guò)連續調節滑動(dòng)變阻器得到平緩變化的電壓,負載阻值應該較大。換言之,分壓接法滑動(dòng)變阻器應該選用阻值相對較小的。在下面三種情況下必須選擇分壓接法:
a.要使某部分電路的電壓或電流從零開(kāi)始連續調節,只有滑動(dòng)變阻器分壓接法的電路才能滿(mǎn)足
b.如果實(shí)驗所提供的電壓表、電流表量程或電阻元件允許最大電流較小,采用限流接法時(shí),無(wú)論怎樣調節,電路中實(shí)際電流都會(huì )超過(guò)電表量程或電阻元件允許的最大電流,為了保證電表和電阻元件免受損壞,必須采用滑動(dòng)變阻器分壓接法連接電路。
c.伏安法測電阻實(shí)驗中,若所用的變阻器阻值小于待測電阻阻值,若采用限流接法時(shí),即使變阻器觸頭從一端滑至另一端,待測電阻上的電流變化小,這不利于多次測量求平均值或用圖像法處理數據,為了變阻器遠小于待測電阻阻值的情況下能大范圍地調節待測電阻上的電流,應選擇滑動(dòng)變阻器的分壓接法。
二、滑動(dòng)變阻器分壓接法和限流接法的選擇
滑動(dòng)變阻器分壓接法和限流接法都能調節負載的電流,但在相同條件下的調節效果不同,實(shí)際應用要根據情況恰當地選擇適當的方法。通常情況下,由于限流電路能耗較小,結構連接簡(jiǎn)單,因此,優(yōu)先考慮以限流接法為主。
三、分壓接法和限流接法的比較
滑動(dòng)變阻器接入電路后,它本身也要消耗電能,不同的接法造成的功率消耗是不一樣的。當負載R通過(guò)相同的電流IR時(shí),分壓電路接法中的總電流I=IR+IaP;在限流接法電路中的總電I=IR。故分壓式接法時(shí)電路總電流大,電源的輸出功率較大,也就是說(shuō)電路消耗的額外功率大。
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