限流和分壓電路的選取

1、限流和分壓電路的選取圖1圖2在測量待測電阻以及電學(xué)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)類問題中，常常涉及到滑動變阻器的分壓式或限流式接法，這類問題常常困繞著老師們的教與學(xué)生們的學(xué)。筆者在此問題上有一點(diǎn)粗淺的認(rèn)識，現(xiàn)提出來與同仁、專家們商榷。一、兩種接法1、限流式如圖1所示的電流中變阻器起限流作用，待測電阻Rx的電壓可調(diào)范圍為（電源內(nèi)阻不計(jì)）。在合上開關(guān)前要使變阻器所使用的阻值最大，因此，在閉合開關(guān)s前一定要檢查滑動觸頭p是否在B端。2、分壓式如圖2所示的電路中變壓器起分壓作用，待測電阻Rx的電壓可調(diào)范圍為0（電源內(nèi)阻不計(jì)），顯然比限流時電壓調(diào)節(jié)范圍大。在合上開關(guān)s前滑動觸頭p應(yīng)在A端，此時對Rx的輸出電壓為0，滑動

2、觸頭p向B滑動過程，使待測電阻Rx的電壓、電流從最小開始變化。限流和分壓電路的選取，總的來說，應(yīng)從測量的要求和電路的調(diào)節(jié)兩個方面考慮。二、測量要求若題目中明確要求電壓從0開始測量，電路的連接一定用分壓式。例1：（1999廣東卷）用圖3中所給的實(shí)驗(yàn)器材測量一個“12V，5W”的小燈泡在不同電壓下的功率，其中電流表有3A、0.6A兩檔，內(nèi)阻可忽略，電壓表有15V、3V兩檔，內(nèi)阻很大。測量時要求加在燈泡兩端的電壓可連續(xù)地從0V調(diào)到12V。圖4按要求在實(shí)物圖上連線（其中部分線路已連好）。其次測量時電流表的指針位置如下圖（b）所示，其讀數(shù)為 A圖3分析：對于“12V、5W”的小燈泡其額定電流大約是I=0

3、.6A，故安培表的量程應(yīng)選00.6A。根據(jù)測量要求，電壓連續(xù)地從0V調(diào)到12V，應(yīng)接成分壓電路，而不應(yīng)接限流電路。又因?yàn)殡娏鞅韮?nèi)阻可忽略，電壓表內(nèi)阻很大，對電路無影響，電流表內(nèi)接或外接都可以。答案：如圖4所示0.36A（或0.360）解法指導(dǎo) 實(shí)物連接圖的畫法，要先畫出原理圖，其中涉及的電學(xué)元件按實(shí)物圖位置排放，便于實(shí)物連接。三、調(diào)節(jié)要求1、分壓式接法選用小阻值滑動變阻器如圖5為安培表外接法分壓式連接圖。能否將滑動變阻器用作分壓式，關(guān)鍵是待測電路部分是否較大影響分壓電路的分壓作用。外電路可看作由左右兩部分組成的，左部分電路為待測部分，阻值等效為與滑動變阻器的并聯(lián)。根據(jù)并聯(lián)知識可知，并聯(lián)后的總阻

4、值比最小的還小。若滑動變阻器遠(yuǎn)小于待測電阻，則與并圖6聯(lián)部分接近。此種情況已充分說明，主導(dǎo)因素仍取決于部分，故滑動變阻器起到了較好的分壓作用。通過調(diào)整P達(dá)到了大幅度調(diào)節(jié)上電壓的作用。例2：為了測定一個“6.3V、1W”的小電珠在額定電壓下較準(zhǔn)確的電阻值，可供選擇的器材有：A.電流表（03A，內(nèi)阻約0.04）B.毫安表（0300mA，內(nèi)阻約4）C.電壓表（010V，內(nèi)阻10K）D.電壓表（03V，內(nèi)阻10K）E.電源（額定電壓6V，最大允許電流2A）F.電源（額定電壓9V，最大允許電流1A）G.可變電阻（阻值范圍010，額定電流1A）H.可變電阻（阻值范圍050，額定功率0.5W）I.導(dǎo)線若干根

5、，電鍵一個。為使測量安全和盡可能準(zhǔn)確，應(yīng)選用的器材是 。（用字母代號填寫）在右邊虛線框內(nèi)畫出電路圖，并把圖6所示實(shí)物圖用線連接起來。分析：表及內(nèi)外解法的選取小電珠的額定電流=0.16A=16mA300mA，電流表應(yīng)選B。=6.3V10V，電壓表選C，電源選F。=40比10K小得多，僅比毫安表內(nèi)阻大10倍，故選用安培表外接法?；瑒幼冏杵骷斑B接方法的選取圖 8將可變電阻H接到電源兩端，其上電流大若致為I=A=0.18A，而H的額定電流=0.1A0.18A，而G的額定電流為1A，故從安全性上考慮不宜選用H。由于40是可變電阻G的中值的8倍，故選用分壓式連接方式。若使用限流式，則在燈泡額定電壓下，=A

6、，具體操作時0.16A應(yīng)體現(xiàn)在安培表上，故滑動變阻器此時大約分壓為=9V6.3V=2.7V。故此時滑動變阻器調(diào)節(jié)的阻值R=1710，因此G不可能用限流法，必須使用分壓式。答案：BCFGI；電路圖如圖7所示，實(shí)物連接如圖8所示解法指導(dǎo) 本題的關(guān)鍵是在“額定電壓下”較準(zhǔn)確測量這一要求使得變阻器G無法使用限流式，一般來說，若待測電阻比滑動變阻器阻值大得多時，一般采用分壓式。2、限流式接法對應(yīng)滑動變阻器阻值較大如圖5所示，若滑動變阻器阻值遠(yuǎn)大于待測電阻，則左半邊電路的并聯(lián)值，比待測電阻還小，但接近，RPB與左半邊并聯(lián)值相比阻值很大，電壓主要分配在RPB上。由于左半邊起主導(dǎo)作用的是，而不是RAP。故移動

7、滑片P，使上的電壓變化幅度很小，不便于調(diào)節(jié)。這種情況要用限流接法。圖9例3：用伏安法測量某電阻的阻值，現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)器材如下：A.待測電阻：范圍在58，額定功率1WB.電流表A1：量程00.6A（內(nèi)阻0.2）C.電流表A2：量程03A（內(nèi)阻0.05）D.電壓表V1：量程00.6A（內(nèi)阻3K）E.電流表V1：量程00.6A（內(nèi)阻15）F.滑動變阻器R：0100G.蓄電池：電動勢12VH.導(dǎo)線，電鍵.為了較準(zhǔn)確的測量，并保證器材安全，電流表應(yīng)選 ，電壓表應(yīng)選 ，并畫出電路圖。分析：該題既要選擇線路結(jié)構(gòu)，又要選擇儀器。先確定測量電路，額定電壓Um=2.8V，應(yīng)選電壓表V1。額定電流Im=0.45A，應(yīng)選電

8、流表A1，由Rx知，應(yīng)選外接法。再確定控制電路，由R=10010Rx知，應(yīng)選擇限流式電路，其電路圖如圖9所示。解法指導(dǎo) “分析”中計(jì)算Im、Um都是最大值，因此代入測電阻Rx時要注意5和8的使用，不宜一味使用同一個數(shù)據(jù)。四、兩種接法選取的總的指導(dǎo)思想及選材原則1、一般情況要考慮限流式限流式電路連接簡易，且電路操作方便，其電源內(nèi)耗少。由于分壓式的滑動變阻器的阻值一般都較小，故干路電流強(qiáng)度大，電源的內(nèi)耗也大。限流式滑動變阻器的阻值一般較大，故干路的電流強(qiáng)度小，電源內(nèi)耗相對小。從能量損失的角度看，實(shí)際電路的選取，應(yīng)優(yōu)先考慮限流式。但有特殊要求（明確要求電壓從0開始測量）和特殊情況下，必須選擇分壓式連

9、接方式。2、選取器材的三條原則（1）安全性原則安全性要求選用的實(shí)驗(yàn)器件要能保證實(shí)驗(yàn)的正常運(yùn)行。比如，線路中的限流電阻必須滿足要求，確保電流不能超過允許值；通過電流表的電流或加在電壓表上的電壓均不能超過它們的量程；通過電源、滑動變阻器的電流不能超過額定值。所有器件都必須符合實(shí)驗(yàn)要求。.準(zhǔn)確性原則要求誤差盡量小，精度盡量高。比如實(shí)驗(yàn)原理不考慮電源和電流表的內(nèi)阻及電壓表的分流作用，就必須選用內(nèi)阻小的電流表及內(nèi)阻大的電壓表；電流表、電壓表在使用時，要盡可能地選用使指針接近滿刻度量程，這樣可以減小讀數(shù)的誤差，使用歐姆表時，宜選用指針在中間刻度附近的倍率檔位，因?yàn)楦咦柚祬^(qū)刻度密，電阻不易讀準(zhǔn)，誤差大。而接近零歐姆處雖然刻度較稀，讀