2010高考物理滑动变阻器应用分析

难点9 滑动变阻器应用分析

滑动变阻器是电学实验中常用的仪器，近几年高考电学设计性实验命题对其应用多次直接或渗透考查.如何选择滑动变阻器的接法设计控制电路仍是历届考生应考的难点.

●难点磁场

1.如图9-1所示，滑动变阻器电阻最大值为R，负载电阻R1=R，电源电动势为E,内阻不计.

（1）当K断开，滑动头c移动时，R1两端的电压范围是多少？（2）当K接通，滑动头c移动时，R1两端的电压范围是多少？

图9-1

（3）设R的长度ab=L,R上单位长度的电阻各处相同，a、c间长度为x，当K接通后，加在R1上的电压U1与x的关系如何？

2.用伏安法测金属电阻Rx（约为5 Ω）的值，已知电流表内阻为1 Ω,量程为0.6 A,电压表内阻为几kΩ，量程为3 V，电源电动势为9 V，滑动变阻器的阻值为0~6Ω，额定电流为5 A，试画出测量Rx的原理图.

●案例探究

［例1］用伏安法测量某一电阻Rx阻值，现有实验器材如下：待测电阻Rx（阻值约5 Ω,额定功率为1 W）；电流表A1（量程0~0.6 A,内阻0.2 Ω）;电流表A2（量程0~3 A，内阻0.05 Ω）;电压表V1（量程0~3 V，内阻3 kΩ）;电压表V2（量程0~15 V，内阻15 kΩ）;滑动变阻器R0（0~50 Ω）,蓄电池（电动势为6 V）、开关、导线.

为了较准确测量Rx阻值，电压表、电流表应选________，并画出实验电路图.

命题意图：考查正确选择实验仪器及据实验原理设计合理电路的实验能力.B级要求.

错解分析：没能据安全性、准确性原则选择A1和V1，忽视了节能、方便的原则，采用了变阻器的分压接法.

解题方法与技巧：由待测电阻Rx额定功率和阻值的大约值，可以计算待测电阻Rx的额定电压、额定电流的值约为

U=PR?1?5≈2.2 V,I=P/R?1/5=0.45 A.则电流表应选A1，电压表应选V1.又因RA?RV?0.2?3000=24.5 Ω＞Rx，则电流表必须外接.

因为滑动变阻器的全阻值大于被测电阻Rx，故首先考虑滑动变阻器的限流接法，若用限流接法，则被测电阻Rx上的最小电流为Imin=

E6?=0.11 A＜I额，故可用限流电路.电路如图9-2所示.

Ex?R5?50图9-2

●锦囊妙计

一、滑动变阻器的限流接法与分压接法的特点图12-3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9-3（a）电路称为限流接法，图9-3（b）电路称为分压接法.

图9-3

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 EIL 负载RL上电压调节范围（忽略电源内阻） 限流接法 RLE≤UL≤E RL?R00≤UL≤E 分压电路调节范围较大 EE≤IL≤ RL?R0RL0≤IL≤分压接法 比 较 E RLE（IL+Iap） 限流电路能耗较小 分压电路调节范围较大 其中，在限流电路中，通RL的电流IL=

E，当R0＞RL时IL主要取决于R0的变化，

RL?R0当R0＜RL时，IL主要取决于RL，特别是当R0<

二、滑动变阻器的限流接法与分压接法的选择方法

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

1.下列三种情况必须选用分压式接法

（1）要求回路中某部分电路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），即大范围内测量时，必须采用分压接法.

（2）当用电器的电阻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.因为按图12-3（b）连接时，因RL>>R0＞Rap,所以RL与Rap的并联值R并≈Rap，而整个电路的总阻约为R0，那么RL两端电压UL= IR=

并

U·Rap，显然UL∝Rap,且Rap越小，这种线性关系越好，电表的变化越平稳均匀，越便于观R0察和操作.

（3）若采用限流接法，电路中实际电压（或电流）的最小值仍超过RL的额定值时，只能采用分压接法.

2.下列情况可选用限流式接法

（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RL与R0接近或RL略小于R0，采用限流式接法.

（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，采用限流式接法.

（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，可考虑安装简便和节能因素采用限流式接法.

●歼灭难点训练

1.在如图所示9-4所示电路中，当变阻器R3的滑动头P向b端移动时

A.电压表示数变大，电流表示数变小B.电压表示数变小，电流表示数变大C.电压表示数变大，电流表示数变大

图9—4

D.电压表示数变小，电流表示数变小

2.如图9-5所示，当变阻器R2的触头P向右滑动时，有A.电容器C内电场强度增大 B.电压表示数增大

C.R1上消耗的功率增大

D.电源输出的功率一定增大

图9-5

3.如图9-6所示电路中，电源电动势为E,内电阻为r,R1和R2为定值电阻，R3为可变电阻，当R3的滑动头P由a向b端滑动过程中，电压表V1、V2和电流表A1、A2的读数如何变化？

4.将量程为100μA的电流表改装成量程为1 mA的电流表，并用一标准电流表与改装后的电流表串联，对它进行校准.校准时要求通过电流表的电流能从零连续调到1 mA，试按实验要求画出电路图.

5.如图9-7所示，电源电动势E=12V,内阻r= 0.5Ω,R1=2Ω,R2=3Ω,

图9-6

滑动变阻器的总电阻R0=5Ω,试分析：在滑动片K从a端移至b端的过程中，电流表A的示数如何变化?

6.用伏安法测量一个定值电阻的器材规格如下：待测电阻R（约x

100 Ω）;直流电流表（量程0~10 mA、内阻50 Ω）;直流电压表（量程0~3 V、内阻5 kΩ）;直流电源（输出电压4 V、内阻不计）；滑动变阻器（0~15 Ω、允许最大电流1 A）；开关1个，导线若干.根据器材的规格和实验要求画出实验电路图.

参考答案：

图9-7

［难点磁场］1.（1）

E≤U1≤E （2）0≤U1≤E2Rx?RELxE（3）U1=IR并，R并=L,I= 得：U1=2RRL?x2?Lxx?RR并?(L?x)LL2.如图9′—1

图9′—1 图9′—2

［歼灭难点训练］ 1.B 2.A、B

3.V1示数减小 V2示数增加 A1示数增大 A2示数减小 4.如图9′—2

5.电流表示数由大变小，然后由小变大.

6.用伏安法测量电阻有两种连接方式，即电流表的内接法和外接法，由于Rx＜RARv，故电流表应采用外接法.在控制电路中，若采用变阻器的限流接法，当滑动变阻器阻值调至最大，通过负载的电流最小，Imin=

E=24 mA＞10 mA,此时电流仍超过电流表的量程，

R?RA?Rx故滑动变阻器必须采用分压接法.如图9′—3所示.

图9′—3