分压电路和限流电路对滑动变阻器的选择-案例与试题

分压电路和限流电路对滑动变阻器的选择

电学实验电路一般可分为电源、控制和测量电路三部分.

其中控制电路的元器件为滑动变阻器，它的作用是保证测量电路的电流和电压在一个合适的范围内变化，便于测量。那么滑动变阻器的阻值大小对测量电路有什么影响呢？如在实验中，对于变阻器的规格，如何作出选择呢？本文主要回答这两个问题.

1.滑动变阻器总阻值对限流电路的影响

如图所示，负载电阻Rz，变阻器总阻值R0，电源电动势E，内阻不计.当调节滑动头C的位置，可连续改变AC间电阻RAC，从而整个电路电流I随之变化.

根据全电路欧姆定律

E/R0E IRACR8AACR8R0R0令I0=

RRE,k=z,x=AC R0R0R0（显然0≤x≤1） I则I=0.

kx

现画出不同k值时的I—x图象，如图2所示.从图2

中可直观地看出，当k很大时，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，但电流变化过程中线性和均匀性较好；当k很小时，我们看到x接近零时电流变化异常剧烈，其线性很差，给调节带来很大困难，但电流变化范围较大.因此，综合上述分析，为使负载Rz既能得到较宽的电流调节范围，又能使电流变化均匀，选择变阻器时应使其总电阻R0大于Rz，一般在2~5倍为好.

例1.欲用伏安法测定一段阻值约为5 Ω左右的金属导线的阻值，要求测量结果尽量准确，现备有以下器材：A.电池组（3 V，内阻1 Ω）；B.电流表（0~0.6 A，内阻0.125 Ω）；C.电压表（0~3 V，内阻3 kΩ）;D.滑动变阻器（0~20 Ω，额定电流1 A）；E.滑动变阻器（0~ 2000 Ω，额定电流为0.3 A）；H.电键，导线若干.

（1）实验电路应采用电流表_______接法. （2）备用器材中滑动变阻器应选用_______. 解析：（1）待测电阻的阻值远小于电压表的内阻，故电流表应采用外接法.（2）滑动变阻器E的总阻值远大于待测电阻的阻值，若选用就会使电流变化不均匀并且难以控制，而滑动变阻器D不会出现这样问题，故选D.

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2.滑动变阻器总阻值对分压电路的影响

如图3为分压电路，当滑动端C置于某位置时，负载Rz上电压U：

RREU=8AC

RRRzRACRBCzACRzRAC=

ERzRACEkx, RzR0RBCRACkx(1x)RRz,xAC. R0R0其中k=

现仍画U—x图.请注意，无论k取何值，负载电阻Rz

上电压一定在0—E之间变化.并且，当k>>1时，取近似略去x(1－x)项，U—x关系为U=xE.如图4为U—x关系图象. 图4显示，当k很小时，x接近1时，Rz上电压迅速增加，说明此时调节电压困难；当k>>1时，U—x基本呈线性关系，表示调节滑动变阻器时，电压变化均匀.因此，选择分压电路的滑动变阻器时，从电压调节均匀角度考虑，应使R0＜Rz，但应注意不是R0越小越好，因为变阻器阻值R0很小时，通过R0的电流远大于负载Rz上电流，电能主要消耗在变阻器上.实际分压电路一般取R0在0.1 Rz~0.5 Rz之间为好.

例2.有一个小灯泡上标有“6 V，0.1 A”字样，现

要测量该灯泡的伏安特性曲线，有下列器材供选用：A.电压表（0~5 V，内阻2 kΩ）;B.电压表（0~10 V，内阻3.0 kΩ）;C.电流表（0~0.3 A，内阻2.0 Ω）；D.电流表（0~0.6 A，内阻1.5 Ω）；E.滑动变阻器（30 Ω，2 A）；F.滑动变阻器（100 Ω，0.5 A）；G.学生电源（直流9 V），开关，导线.

（1）画出实验电路图，要求电压从0开始测量.

（2）实验中所用电压表_______，电流表_______，滑动变阻器_______. 解析：（1）因为题目要求电压从0开始测量，而只有分压电路能满足这个条件，可知应选用分压电路，如图所示.

（2）电压表量程应大于小灯泡的额定电压6 V，选B；为提高测量精度，电流表量程应靠近0.1 A，选C；从调节电压均匀角度，滑动变阻器应选E.

应当指出，滑动变阻器的选择除了注意它的阻值外，还要注意滑动变阻器的额定电流问题.

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