滑動變阻器的限流式和分壓式接法培訓講學

1、滑動變阻器的限流式和分壓式接法滑動變阻器的限流式和分壓式接法（一）滑動變阻器在電路中的兩種接法:限流式接法限流式;通過改變變阻器電阻來改變電路中的電流，以控制電路中的電流如圖1所示，當滑動頭P從右端向左移動過程，滑動變阻器電阻逐漸減小，電路中的電 流逐漸增大，變阻器起控制電路電流作用。注意：實驗開始時應使滑動變阻器連入電路的電阻最大。通過變阻器改變電阻來改變用電器兩端的電壓，起調壓器的作用一一分壓式。如圖2所示，電阻R與變阻器左邊電阻并聯(lián)，用電器與左邊電阻的電壓相等，改變 P的位 置改變用電器R兩端電壓，實現(xiàn)調制電壓作用。（二）兩種電路的特點及選取：1 電壓和電流的調節(jié)范圍限流式接法電壓范圍：

2、U ;電流范圍：U 。R RpR Rp R（上式中：R為用電器的電阻，Rp為滑動變阻器的全電阻。）可見：限流電路的調節(jié)范圍與 Rp有關。在電源電壓U和用電器電阻R一定時，Rp越大, 用電器上電壓和電流的調節(jié)范圍也越大；當 Rp比R小得多時，用電器上的電壓和電流的 調節(jié)范圍都很小。分壓式接法電壓范圍：0U ;電流范圍：0U。R可見：分壓式接法的電壓和電流的調節(jié)范圍與滑動變阻器 Rp無關。2 兩種電路的比較:分壓電路的電流和電壓調節(jié)范圍都大于限流電路的調節(jié)范圍在電源滑動變阻器和用電器一定的條件下，限流電路消耗的電能小于分壓電路消耗的電能。選擇原則：由于限流式電路能節(jié)約能源，一般情況下優(yōu)先選擇限流式

3、接法（以提高電路效率）。但在下列幾種情況下，必須選擇分壓式連接方式：當滑動變阻器全電阻遠小于被測電阻時，且實驗要求電壓（電流）的變化范圍較大；明確要求某部分電路的電壓從零開始變化；例：測定小燈泡的伏安特性曲線。若采用限流接法，電路中的最小電流仍超過用電器的額定電流。例：用伏安法測金屬電阻 Rx （約為5Q）的值，已知電流表內(nèi)阻為1Q,量程為0.6A，電壓 表內(nèi)阻為幾kQ，量程為3V，電源電動勢為9V，滑動變阻器的阻值為06Q，額定電流為 5A，試畫出測量Rx的原理圖。4幾點說明：對實驗器材和裝置的選擇，應遵循的幾條主要原則：安全性原則準確性原則方便性原則經(jīng)濟性原則分壓電路中，在通過變阻器實際電

4、流小于變阻器額定電流（或電壓）的條件下，盡量選用變阻器總阻值小的變阻器做分壓電路使用。例：在采用分壓電路做實驗，提供滑動變阻器有：滑動變阻器A，阻值范圍020Q，額定電流2.0A;滑動變阻器B，阻值范圍0200Q額定電流1.0A，根據(jù)其它實驗儀器的規(guī)格和 實驗需要，若兩個變阻器都滿足電流要求，則以選滑動變阻器阻值較小的A為好。（因為調節(jié)方便）、兩種連接方式的選取（來自04） 在負載電流要求相同的情況下，限流電路中干路電流比分壓電路中的干路電流更小，所以限流 電路中消耗的總功率較小，電源消耗的電能就較小，這說明限流具有節(jié)能的優(yōu)點。在實際電路 設計時應視實驗要求靈活選取分壓電路或限流電路。（一）分

5、壓電路的選取1若實驗要求某部分電路的電壓變化范圍較大或要求某部分電路的電流或電壓從零開始連續(xù)可調或要求多測幾組I、U數(shù)據(jù)，則必須將滑動變阻器接成分壓電路。例1:測定小燈泡“6V 3W的伏安特性曲線，要求實驗中燈泡兩端的電壓從零開始連續(xù)可調。供選擇的器材有：電壓表V，（量程6V，內(nèi)阻20kD,），電流表A .（量程3A，內(nèi)阻0. 2Q）,電流表A，（量程0. 6A，內(nèi)阻 Ifl），變阻器 R，（0100fl，0. 5A），變阻器 R，（020fl，0. 2A），學生電源E（6 8v）、開關及導線若干。選擇出符合實驗要求的實驗器材并設計出實驗電路。分析：不管是從題中要求燈泡兩端電壓必須從零開始連續(xù)

6、可調的角度考慮還是從為了最終能較準確畫出伏安特性曲線必須多測幾組I、U數(shù)據(jù)的角度考慮限流電路都難以滿足要求，因此 必須采用分壓電路。實驗電路如圖3所示。器材包括：電壓表V，、電流表A，、變阻器R,、 電源、開關及導線。若實驗中要用小阻值的滑動變阻器控制大阻值負載或者題中所給電源電 動勢過大盡管滑動變阻器阻值也較大但總電流大予負載的額定電流值，或總電流大于接入 電表的量程，此時的滑動變阻器也應接成分壓式電路：若負載電阻的額定電流不清楚，為安全 起見一般也連成分壓電路。例2:為了較準確地用伏安法測定一只阻值大約是3kn的電阻，備用的器材有：A、直流電源，電壓12V，內(nèi)阻不計；B、電壓表，量程 O

7、3 15V，內(nèi)阻10kft; C、電流表，量程00. 63A，內(nèi)阻20n； D、毫安表，量程5mA，內(nèi)阻200Q; E、滑動變阻器，阻值 050Q;G、電鍵及導線若干。試設計出實驗電路。分析：本題中，由于待測電阻約為 3kQ 而滑動變阻器控制大阻值負載的情況因此應將滑動 變阻器接成分壓電路否則無法調節(jié)負載電阻兩端的電壓及通過負載電阻的電流的有效變化而 造成較大的偶然誤差。設計電路如圖 4所示（外接法及電表選取分析略）。例3:用伏安法測一個電阻Rx的阻值。提供器材有：待測電阻 Rx（約5knl、電壓表（03V，內(nèi)阻100k11）、微安表（0500puA，內(nèi)阻100f1）、變阻器（020kfl）、

8、穩(wěn)壓電源（輸出電壓15V）。試設計出實驗電路。分析：若接成限流電路，電路中最小電流：l?=E/R=15/ （5+20）x10。A=0 . 6x10。A=600- A。大于微安表的量程。因此，為了電路安全必須將變阻器接成分壓電路，如圖2所示。（二）限流電路的選取1一般說來，題目若沒有特別的要求由于限流電路具有節(jié)能的優(yōu)點。并且限流電路的連接較為簡便，則優(yōu)先采用限流接法。由圖1和圖2不難看出。若用電器正常工作，圖2電路中的總 電流必然大于圖1電路中的總電流。因而圖2分壓電路消耗的電功率較大。所以，為了節(jié)能和電 路連接的方便通常采用限流式接法。2若題目中要用較大阻值的滑動變阻器控制阻值較小的負載，在保

9、證負載和電表安全的前提下，一般也將滑動變阻器接成限流電路。例4:在上述的圖2電路中，如果Rx較小，R較大，那么在P由a滑到b的過程中，由于Pa電阻與 Rx并聯(lián)的電阻較接近Rx因此在開始的很長一段距離上 Rx上的電壓變化較小而在P接近b端 時，因并聯(lián)值與P電阻迅速接近而使Rx上電壓發(fā)生突變（即突然增加），故此不易控制，所以此 種情況下應把滑動變阻器接成限流電路?？梢?。如若切實掌握了分壓與限流接法的電路特點和 電路選擇原則，有關滑動變阻器的連接問題就可迎刃而解了。3接法選擇(來自06)滑動變阻器通常選用限流接法，但在下列三種情況下，必須選擇分壓接法采用限流接法時，負載的額定值或測量儀表的量程小于實

10、際值時，采用分壓接法例用伏安法測金屬電阻Rx (約為5)的阻值，已知電流表內(nèi)阻為1量程為0.6 ，電壓表內(nèi)阻為幾千歐，量程為3V，電源電動勢為9V，滑動變阻器的阻值為0: 6額定電流為5 ，試畫 出測量電阻Rx的原理圖.分析與解答 經(jīng)估算可知，電流表應外接如果變阻器采用限流接法，負載 Rx的電壓變化范圍約為V : 9V，顯然負載Rx的實際外加n電壓總大于與其并聯(lián)的電壓表的量程，應采用分壓接法，實際電路應如圖3所示.變阻器電阻遠小于被測電阻或電路中串聯(lián)的其它電阻阻值時，采用分壓接法.由于采用限流接法時，負載Rx的電壓變化范圍為Rx R，當RRx 時，R1 R/ Rx所以此閣3種接法，負載的電壓變

11、化極小，變阻器起不到改變負載電壓(或電流)的作用.所以此時一定采用分壓接法問題要求回路中某部分電路，電壓從零開始連續(xù)變化顯然滑動變阻器采用分壓接法才能滿足要求.在兩種接法都能滿足的情況下，應采用限流接法 因為分壓接法比限流接法多接通一條支路（圖1中的a，P）,如果使用相同的變阻器在達到相同要求時，分壓接法消耗的電功率總比限流接法大些，這部分浪費的電功率應越小越理想滑動變阻器兩種連接方式的選擇原則滑動變阻器是電學實驗中用的器材，它在電路中的連接式是中學物理實驗教學的難點也是歷年高考的一個重要考點滑動變阻器在電路中的連接方有兩種，一種是限流式接法（如1a）另一種是分壓式接法（如1b）。下面我們對滑

12、動變阻器兩種連接方式進行分析。A ob1兩種連接方式的區(qū)別假設AB兩端電壓為U（1）消耗的功率不同限流式電路消耗的功率為IUU2R2Rx分壓式電路消耗的功率為P2I2UU2R1RxR RxR2因為黑驗所以I1I2,因此P P2,即限流式電路節(jié)約電能。（2）用電器Rx分得電壓變化范圍不同限流式電路用電器Rx分得電壓Ux的變化范圍為一: U。可見用電器分得電壓變化R0 Rx范圍較小,且不能從零開始變化。分壓式電路用電器Rx分得電壓Ux的變化范圍為0: U?？梢娪秒娖鞣值秒妷鹤兓秶^大，且可從零開始變化。2兩種連接方式的選擇原則節(jié)能優(yōu)先的原則在實驗中，如果碰到滑動變阻器以限流方式或分壓方式連接成電

13、路均可的情況時，因為限流方式比分壓方式節(jié)能，應先考慮限流方式。例如在高二學生實驗 測金屬的電阻率”中，待測金屬絲的電阻大約為10，所提供的滑動變阻器 電阻為0:50，待測電阻小于滑動變阻器的電阻，采用限流或分壓兩種方式的電路對通過 Rx的電 流均有明顯的控制作用因此，兩種連接方式連入電路均可。但是，前面分析過，限流方式比分壓方 式更節(jié)能，所以應優(yōu)先考慮限流方式。只有當被測電阻遠大于滑動變阻器電阻時，即使滑動變阻器滑動觸頭從一端滑至另一端，Rx兩端電壓和流入Rx的電流變化仍極小，滑動變阻器的限流作用 不明顯，這時滑動變阻器只能采用分壓式接法。（2）保護用電器的原則物理實驗首先要保證電路中各種用電

14、器的安全，當題目所提供的儀器，如電表量程或電阻的最大允許值不夠時,限流式接法不能保證電路中各種器件的安全工作,此時應該采用分壓式接法?，F(xiàn)以1997年高考題為例進行分析。例1某電壓表的內(nèi)阻在20k: 50k之間,現(xiàn)要測量其內(nèi)阻，實驗室提供下列可選用的器材：待測電壓表V（量程3V）,電流表!（量程200卩A）電流表2（量程5mA）,電流表3 （量程0.6 ），滑動變阻 器R（最大阻值1 k ），電源E（電動勢4V）,電鍵K,為了盡量減小誤差，要求測多組數(shù)據(jù)。試畫出符合要求的實驗電路圖。本題如果采用限流式接法，被測電壓表與滑動變阻器串聯(lián)，加在電壓表上的最小電壓為Ux 3.8V ,已超過電壓表的量程，

15、將損壞電表，故應該采用分壓式接法。R0 Rx（3）適用性原則如果題目對實驗有特殊要求，則應在保證用電器安全的前提下，按照題目的要求選擇合適的連接 方式?，F(xiàn)以1993年高考題為例進行分析。例2將量程為100卩啲電流表改裝成量程為1mA的電流表,并用一標準電流表與改裝后的電流表串聯(lián)，對它進行校準（核對）, 改裝及校準所用器材的實物圖（略）（其中標準電流表事先已與一固定電阻串聯(lián)，以防燒表）,校準時 要求通過電流表的電流能從0連續(xù)調到1mA,試按實驗要求在所給的實物圖上連線。本題要求校準時通過電流表的電流能從 0連續(xù)調到1mA，此時滑動變阻器只能采用分壓式接法。 又如在實驗中為了測定一個小電珠在不同電

16、壓下的功率，測量時要求小電珠兩端的電壓從零開始連續(xù)調節(jié),此時滑動變阻器也只能采用分壓式接法?；瑒幼冏杵髡{節(jié)特性的實驗研究（來自10）滑動變阻器在實驗中起限流、分壓的作用，常用的方法有兩種：限流電路（如圖1a）、分壓電路 （如圖1b）,兩種接法都能調節(jié)負載電阻兩端的電壓（即輸出電壓）。那么,兩種接法對輸出電壓的調 節(jié)是否存在差異呢？不妨對此進行實驗研究。&于網(wǎng)絡，如有侵權（b）實驗器材：0: 50、1.6滑動變阻器，0:9999.9電阻箱，0:3V伏特表,3V電池,電鍵。1輸出電壓與滑動距離的關系限流電路自A端滑動端向B端移動，根據(jù)歐姆定律可得輸出電壓Ur IRERER r （R。Rx）（尺 r

17、） RXR為使問題研究方便，不計電源內(nèi)阻r,則UrX（式中Rx R0,Rx*X。X的變化范圍0: L）,可Ur當Rx 0時,即滑動端處于A端,UR1盤R當RxR0時,即滑動端處于B端,Ur E對應的輸出電壓與滑動距離的關系曲線如圖 2a所示。分壓電路自A端滑動端向B端移動，根據(jù)歐姆定律可得輸出電壓U r E IR0RxrERdRxrRR0.09.039.054,075.079.0).O84.0&5.06 49a so1-701 III1-301- 5V1 7t)1 wi 102-XJ實驗曲線如圖3b所示。同樣，從理論曲線與實驗曲線的對比，可見實驗曲線低于理論曲線 顯然也是由電源內(nèi)阻影響所致。2

18、負載電阻對(Ur X)曲線的影響根據(jù)前面的公式,可以發(fā)現(xiàn)Ur X曲線隨著負載電阻R的增大而逐漸上移，當R很大時，曲線趨向于一條直線(1)理論分析限流電路。忽略電源內(nèi)阻，根據(jù)公式UrRRo,UrE。l:RxRo ,U RE。E ；RxRo ,U RE。1 & &的水平直線。如圖2a所示。分壓電路。忽略電源內(nèi)阻，根據(jù)公式Ur -E% RxRoRRx當R =Ro時，則Rx0,Ur0：RxRo , U R當RRo時，則Rx0,Ur0： RxR0,Ur當R?Ro時，則Rx0,Ur0：Rx0 , U R傾斜直線，如圖3a所示。(2)實驗分析限流電路。負載電阻阻值R分別取5、所示。分壓電路。負載電阻阻值R分

19、別取0.53b中、所示。理論及實驗分析都說明了負載電阻的取值對E。E。-；Rx Ro,Ur E。對應的曲線是一條過0點的250、100、5000，對應的曲線如圖2b中、5 、50 、100 、5000，對應的曲線如圖Ur X曲線有顯著的影響，輸出電壓的大小、當 R= Ro 時，則 Rx 0,Ur 當 R Ro 時，則 Rx 0,Ur 當 R? Ro 時，則 Rx 0,Ur 對應的曲線是一條Ur E調節(jié)范圍以及調節(jié)性能隨負載電阻 R的變化而變化對于限流電路 根據(jù)Ur X曲線可知：aRx 0時，輸出電壓有最小值 U Rmin ,Ur U Rmin 0 ； Rx Ro時,Ur E，電壓調節(jié)范圍為U

20、Rmin : E。b負載電阻R的值越大，輸出電壓的調節(jié)范圍越小，但電壓的調節(jié)性能越好。然而，當負載電阻R遠大于變阻器滿值電阻Ro時(R? Ro),曲線趨于一條水平直線，這時，完全失去了變阻器調節(jié)電 壓的作用。c負載電阻R的值越小，輸出電壓的調節(jié)范圍越大，但電壓的調節(jié)性能變差。在負載電阻R確定后根據(jù)限流電路Ur X曲線，可按Ro R 2Ro選擇滑動變阻器。這樣，可 兼顧輸出電壓調節(jié)范圍較大且調節(jié)線性變化性能較好。對于分壓電路，根據(jù)U r X曲線可知：aRx o時,Ur o； Rx Ro時,Ur E，輸出電壓調節(jié)范圍為0: E。b負載電阻R的阻值越大，電壓調節(jié)的線性變化性能越好。當負載電阻 R遠大

21、于變阻器滿值電阻Ro時，曲線為過原點的一條傾斜直線，對電壓可實行全程的線性調節(jié)。一般在負載電阻R確定后，可根據(jù)分壓電路的Ur X曲線，按R? 2Ro選取滑動變阻器。選取變阻器時，除了考慮阻值外，還應考慮其額定電流，以免損壞變阻器或不能滿足電路的需 要。3電源內(nèi)阻對曲線的影響從實驗曲線可以明顯看出，電源內(nèi)阻r對曲線有一定的影響。對于限流電路輸出電路的最小值略有影響,但不大，可以忽略;而對分壓電路輸出電壓的初始值則無影響。無論是限流電路還是 分壓電路，電源內(nèi)阻對輸出電壓的最大值都有影響，且負載電阻R的值越小，影響越大，即電壓最大 值URmax隨負載電阻R值的減小而減小。其原因是：負載電阻較大時，回路總電阻較大，總電流則較 小,電源內(nèi)阻上承擔的壓降較小；而負載電阻較小時，回路總電阻較小，總電流則較