分压式电路中滑动变阻器的选择

　　滑动变阻器是中学电学实验中常用的仪器， 是一个能连续改变电阻值的可变电阻，它在电路中用于调控用电器的电流、电压。常用的接法有分压式和限流式两种。在电学实验中，如何把滑动变阻器正确的接入电路是学生感到非常棘手的问题之一，也是实验成功与否的一个重要因素。

　　一、滑动变阻器在电路中的两种接法：

　　1.限流式--通过改变变阻器电阻来改变电路中的电流，以控制电路中的电流

　　

　　限流式如上图（a）所示，待测电阻Rx与滑动变阻器Rp的左边部分电阻串联，右边部分被短路不起作用。当滑动变阻器的滑动头P从右端向左移动过程，滑动变阻器电阻逐渐减小，电路中的电流逐渐增大，滑动变阻器起到控制电路电流作用。学生往往根据串联分压的知识容易误认为分压式。为了实验安全，在实验开始时应使滑动变阻器连入电路的电阻最大，通常做法是，在合上开关前，滑片P应在b端，这样就可以使滑动变阻器所使用的阻值最大，而待测电阻的电压和电流均为最小。在进行电路实物连接时，应该用一根导线连接滑动变阻器滑杠的一端，另一根导线连接滑动变阻器电阻线圈的一端（即一上一下）。

　　2.分压式--通过变阻器改变电阻来改变用电器两端的电压，起调压器的作用

　　分压式如上图（b）所示，待测电阻Rx与滑动变阻器Rp的左边部分电阻并联后再与右边部分串联。因为待测电阻Rx与滑动变阻器Rp左边电阻并联，则待测电阻Rx与滑动变阻器Rp左边电阻两端的电压相等，通过改变滑动变阻器滑片P的位置就可以改变待测电阻Rx两端电压，实现调节电压目的。学生往往根据并联分流的知识容易误认为限流式。为了实验安全，在合上开关前，滑片P应在最左边（a端），这样可以使待测电阻Rx上的电压和电流均为零。在进行电路实物连接时，用一根导线连接滑动变阻器滑杠的一端，另外两根导线连接滑动变阻器电阻线圈的两端（即一上二下）。

　　二、分压式与限流式的特点：

　　1. 待测电阻上电压的调节范围不同

　　设电源的电动势为E，内阻不计。在限流式连接中，待测电阻Rx上的电压调节范围为RxE/（Rx+ Rp）-E（Rp为滑动变阻器的最大阻值）。在分压式连接中，Rx上的电压调节范围为0-E。可见分压式连接中电压调节范围比限流式大。

　　2. 待测电阻上电流的调节范围不同

　　设电源的电动势为E，内阻不计。在限流式连接中，流过待测电阻Rx上的电流调节范围为E/（Rx+ Rp）-E/ Rx。在分压式连接中，流过Rx的电流调节范围为0-E/ Rx。可见分压式连接中电流调节范围比限流式大。

　　从上面两点可以看出：限流电路的调节范围与Rp有关。在电源电压E和待测电阻的电阻Rx一定时，Rp越大，用电器上电压和电流的调节范围也越大;当Rp比Rx小得多时，用电器上的电压和电流的调节范围都很小。而分压式接法的电压和电流的调节范围与滑动变阻器Rp无关。

　　3.电路消耗的功率不同在分压式连接中，干路电流大，电源消耗电功率大。而在限流式连接中，干路电流小，电源消耗电功率小。

　　三、分压式与限流式的选择

　　滑动变阻器的两种接法都能控制调解负载的电流和电压，但是在相同条件下调解效果不同，实际应用中要根据具体情况恰当地选择限流接法和分压式接法。

　　1.通常情况下（满足安全条件）由于限流式电路能节约能源，电路结构简单，因此应优先选择限流式接法（以提高电路效率）。

　　2.为了便于调解，在待测电阻的阻值Rx小于变阻器总电阻或相差不多，且电压电流变化不要求从零开始调，可采用限流法3.为了便于调解，在待测电阻的阻值Rx远大于变阻器的总电阻的情况下应选择分压式4.在下列情况下必须采用分压式：

　　4.1当滑动变阻器总电阻小于被测电阻时，且要求测量的电压或电流变化范围较大

　　4.2明确要求测量电路的电压从零开始变化

　　4.3若采用限流接法，电路中的最小电流仍超过用电器的额定电流。

　　综上所述，可以简记为：零起必分（压），滑小必分（压）;滑大可限（流），但烧表必分。

　　四、分压式接法中，怎样选择滑动变阻器

　　1、首先保证仪器安全，即滑动变阻器在电路中不被损坏。例如：要描绘某电学元件（最大电流不超过6mA，最大电压不超过7V）的伏安特性曲线，设计电路如图，图中定值电阻Ｒ为1KΩ，用于限流；电流表量程为10mA，内阻约为5Ω；电压表（未画出）量程为10V，内阻约为10KΩ；电源电动势E为12V，内阻不计。（1）实验时有两个滑动变阻器可供选择：a：阻值0到200Ω，额定电流A30、B：阻值0到20Ω，额定电流A5.0。本实验应选的滑动变阻器是 （填“a”或“b”）

　　解析：在该题中，若选择滑动变阻器b（阻值0-200Ω，额定电流A5.0）时，电路中的最小电流是：A16.02012，显然AA5.06，滑动变阻器将被烧坏。要保证滑动变阻器不被烧坏，只能选择滑动变阻器a（阻值0-200Ω，额定电流A3.0）。

　　2、其次所设计的电路应能够达到实验的目的，即多测量几组数据，要达到这个要求，滑动变阻器相比待测量电阻越小越好。

　　例如：在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，除有－标有“6V，1.5W”的小灯泡、导线和开关外，还有：

　　A．直流电源 6V（内阻不计）

　　B．直流电流表0～3A（内阻0.1Ω以下）

　　C．直流电流表0～300mA（内阻约为5Ω）

　　D．直流电压表0～15V（内阻约为15kΩ）

　　E．滑动变阻器0～10Ω 2A

　　F．滑动变阻器0～1kΩ 0.5A

　　实验要求小灯泡两端的电压从零开始变化并能多测几次．滑动变阻器应选用（用序号表示）

　　解析：由于实验要求小灯泡两端的电压从零开始变化并能多测几次，则滑动变阻器应该是分压式接法，滑动变阻器相比待测量电阻越小越好，因而应选择滑动变阻器E（0～10Ω，2A）。

　　分压式接法中，在保证仪器安全的前提下，为什么选择滑动变阻器阻值越小越好。例如：如图甲所示为分压式电路图，已知电源电动势为E，内阻不计，变阻器总电阻为Rp。闭合开关S后，负载电阻RL两端的电压U随变阻器a端至滑动触头间的电阻Rx的变化而变化。关于负载电阻两端的电压U随RX变化的关系式为：

　　若电源电动势为10V，变阻器总电阻为Rp=10Ω，负载电阻分别为RL1=1Ω、RL2=3Ω、RL3=5Ω、RL4=10Ω、RL5=15Ω、RL6=20Ω、RL7=30Ω、RL8=100Ω时的图像如图乙所示：

　　由图可知，对于不同的RL值，调节滑动触头时负载电阻两端的电压变化规律不同。当负载电阻RL越小于变阻器电阻Rp时，负载电阻两端的电压U随RX的变化而更迅速变化；当负载电阻RL越大于变阻器电阻Rp时，负载电阻两端的电压U随RX的变化而更加平稳变化，从而可获得更多的实验数据。显然在分压式接法中，在保证仪器安全的前提下，滑动变阻器阻值相比负载电阻阻值越小越好。