1、滑動(dòng)變阻器的限流式和分壓式接法滑動(dòng)變阻器的限流式和分壓式接法（一）滑動(dòng)變阻器在電路中的兩種接法:限流式接法限流式;通過(guò)改變變阻器電阻來(lái)改變電路中的電流，以控制電路中的電流如圖1所示，當(dāng)滑動(dòng)頭P從右端向左移動(dòng)過(guò)程，滑動(dòng)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(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)應(yīng)使滑動(dòng)變阻器連入電路的電阻最大。通過(guò)變阻器改變電阻來(lái)改變用電器兩端的電壓，起調(diào)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(shí)現(xiàn)調(diào)制電壓作用。（二）兩種電路的特點(diǎn)及選?。? 電壓和電流的調(diào)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(dòng)變阻器的全電阻。）可見(jiàn)：限流電路的調(diào)節(jié)范圍與 Rp有關(guān)。在電源電壓U和用電器電阻R一定時(shí)，Rp越大, 用電器上電壓和電流的調(diào)節(jié)范圍也越大；當(dāng) Rp比R小得多時(shí)，用電器上的電壓和電流的 調(diào)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(jiàn)：分壓式接法的電壓和電流的調(diào)節(jié)范圍與滑動(dòng)變阻器 Rp無(wú)關(guān)。2 兩種電路的比較:分壓電路的電流和電壓調(diào)節(jié)范圍都大于限流電路的調(diào)節(jié)范圍在電源滑動(dòng)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(dāng)滑動(dòng)變阻器全電阻遠(yuǎn)小于被測(cè)電阻時(shí)，且實(shí)驗(yàn)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(kāi)始變化；例：測(cè)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(guò)用電器的額定電流。例：用伏安法測(cè)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(dòng)勢(shì)為9V，滑動(dòng)變阻器的阻值為06Q，額定電流為 5A，試畫(huà)出測(cè)量Rx的原理圖。4幾點(diǎn)說(shuō)明：對(duì)實(shí)驗(yàn)器材和裝置的選擇，應(yīng)遵循的幾條主要原則：安全性原則準(zhǔn)確性原則方便性原則經(jīng)濟(jì)性原則分壓電路中，在通過(guò)變阻器實(shí)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(shí)驗(yàn)，提供滑動(dòng)變阻器有：滑動(dòng)變阻器A，阻值范圍020Q，額定電流2.0A;滑動(dòng)變阻器B，阻值范圍0200Q額定電流1.0A，根據(jù)其它實(shí)驗(yàn)儀器的規(guī)格和 實(shí)驗(yàn)需要，若兩個(gè)變阻器都滿足電流要求，則以選滑動(dòng)變阻器阻值較小的A為好。（因?yàn)檎{(diào)節(jié)方便）、兩種連接方式的選?。▉?lái)自04） 在負(fù)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(shuō)明限流具有節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)際電路 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)視實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(kāi)始連續(xù)可調(diào)或要求多測(cè)幾組I、U數(shù)據(jù)，則必須將滑動(dòng)變阻器接成分壓電路。例1:測(cè)定小燈泡“6V 3W的伏安特性曲線，要求實(shí)驗(yàn)中燈泡兩端的電壓從零開(kāi)始連續(xù)可調(diào)。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(xué)生電源E（6 8v）、開(kāi)關(guān)及導(dǎo)線若干。選擇出符合實(shí)驗(yàn)要求的實(shí)驗(yàn)器材并設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)電路。分析：不管是從題中要求燈泡兩端電壓必須從零開(kāi)始連續(xù)

6、可調(diào)的角度考慮還是從為了最終能較準(zhǔn)確畫(huà)出伏安特性曲線必須多測(cè)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(shí)驗(yàn)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(kāi)關(guān)及導(dǎo)線。若實(shí)驗(yàn)中要用小阻值的滑動(dòng)變阻器控制大阻值負(fù)載或者題中所給電源電 動(dòng)勢(shì)過(guò)大盡管滑動(dòng)變阻器阻值也較大但總電流大予負(fù)載的額定電流值，或總電流大于接入 電表的量程，此時(shí)的滑動(dòng)變阻器也應(yīng)接成分壓式電路：若負(fù)載電阻的額定電流不清楚，為安全 起見(jiàn)一般也連成分壓電路。例2:為了較準(zhǔn)確地用伏安法測(cè)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(jì)；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(dòng)變阻器，阻值 050Q;G、電鍵及導(dǎo)線若干。試設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)電路。分析：本題中，由于待測(cè)電阻約為 3kQ 而滑動(dòng)變阻器控制大阻值負(fù)載的情況因此應(yīng)將滑動(dòng) 變阻器接成分壓電路否則無(wú)法調(diào)節(jié)負(fù)載電阻兩端的電壓及通過(guò)負(fù)載電阻的電流的有效變化而 造成較大的偶然誤差。設(shè)計(jì)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(cè)一個(gè)電阻Rx的阻值。提供器材有：待測(cè)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(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)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(shuō)來(lái)，題目若沒(méi)有特別的要求由于限流電路具有節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)。并且限流電路的連接較為簡(jiǎn)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(dòng)變阻器控制阻值較小的負(fù)載，在保

9、證負(fù)載和電表安全的前提下，一般也將滑動(dòng)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(guò)程中，由于Pa電阻與 Rx并聯(lián)的電阻較接近Rx因此在開(kāi)始的很長(zhǎng)一段距離上 Rx上的電壓變化較小而在P接近b端 時(shí)，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(yīng)把滑動(dòng)變阻器接成限流電路?？梢?jiàn)。如若切實(shí)掌握了分壓與限流接法的電路特點(diǎn)和 電路選擇原則，有關(guān)滑動(dòng)變阻器的連接問(wèn)題就可迎刃而解了。3接法選擇(來(lái)自06)滑動(dòng)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(shí)，負(fù)載的額定值或測(cè)量?jī)x表的量程小于實(shí)

10、際值時(shí)，采用分壓接法例用伏安法測(cè)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(dòng)勢(shì)為9V，滑動(dòng)變阻器的阻值為0: 6額定電流為5 ，試畫(huà) 出測(cè)量電阻Rx的原理圖.分析與解答 經(jīng)估算可知，電流表應(yīng)外接如果變阻器采用限流接法，負(fù)載 Rx的電壓變化范圍約為V : 9V，顯然負(fù)載Rx的實(shí)際外加n電壓總大于與其并聯(lián)的電壓表的量程，應(yīng)采用分壓接法，實(shí)際電路應(yīng)如圖3所示.變阻器電阻遠(yuǎn)小于被測(cè)電阻或電路中串聯(lián)的其它電阻阻值時(shí)，采用分壓接法.由于采用限流接法時(shí)，負(fù)載Rx的電壓變化范圍為Rx R，當(dāng)RRx 時(shí)，R1 R/ Rx所以此閣3種接法，負(fù)載的電壓變

11、化極小，變阻器起不到改變負(fù)載電壓(或電流)的作用.所以此時(shí)一定采用分壓接法問(wèn)題要求回路中某部分電路，電壓從零開(kāi)始連續(xù)變化顯然滑動(dòng)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(yīng)采用限流接法 因?yàn)榉謮航臃ū认蘖鹘臃ǘ嘟油ㄒ粭l支路（圖1中的a，P）,如果使用相同的變阻器在達(dá)到相同要求時(shí)，分壓接法消耗的電功率總比限流接法大些，這部分浪費(fèi)的電功率應(yīng)越小越理想滑動(dòng)變阻器兩種連接方式的選擇原則滑動(dòng)變阻器是電學(xué)實(shí)驗(yàn)中用的器材，它在電路中的連接式是中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的難點(diǎn)也是歷年高考的一個(gè)重要考點(diǎn)滑動(dòng)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(duì)滑

12、動(dòng)變阻器兩種連接方式進(jìn)行分析。A ob1兩種連接方式的區(qū)別假設(shè)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?yàn)楹隍?yàn)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?？梢?jiàn)用電器分得電壓變化R0 Rx范圍較小,且不能從零開(kāi)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。可見(jiàn)用電器分得電壓變化范圍較大，且可從零開(kāi)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(shí)驗(yàn)中，如果碰到滑動(dòng)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(shí)，因?yàn)橄蘖鞣绞奖确謮悍绞焦?jié)能，應(yīng)先考慮限流方式。例如在高二學(xué)生實(shí)驗(yàn) 測(cè)金屬的電阻率”中，待測(cè)金屬絲的電阻大約為10，所提供的滑動(dòng)變阻器 電阻為0:50，待測(cè)電阻小于滑動(dòng)變阻器的電阻，采用限流或分壓兩種方式的電路對(duì)通過(guò) 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(guò)，限流方式比分壓方 式更節(jié)能，所以應(yīng)優(yōu)先考慮限流方式。只有當(dāng)被測(cè)電阻遠(yuǎn)大于滑動(dòng)變阻器電阻時(shí)，即使滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)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(dòng)變阻器的限流作用 不明顯，這時(shí)滑動(dòng)變阻器只能采用分壓式接法。（2）保護(hù)用電器的原則物理實(shí)驗(yàn)首先要保證電路中各種用電

14、器的安全，當(dāng)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(shí),限流式接法不能保證電路中各種器件的安全工作,此時(shí)應(yīng)該采用分壓式接法。現(xiàn)以1997年高考題為例進(jìn)行分析。例1某電壓表的內(nèi)阻在20k: 50k之間,現(xiàn)要測(cè)量其內(nèi)阻，實(shí)驗(yàn)室提供下列可選用的器材：待測(cè)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(dòng)變阻 器R（最大阻值1 k ），電源E（電動(dòng)勢(shì)4V）,電鍵K,為了盡量減小誤差，要求測(cè)多組數(shù)據(jù)。試畫(huà)出符合要求的實(shí)驗(yàn)電路圖。本題如果采用限流式接法，被測(cè)電壓表與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，加在電壓表上的最小電壓為Ux 3.8V ,已超過(guò)電壓表的量程，

15、將損壞電表，故應(yīng)該采用分壓式接法。R0 Rx（3）適用性原則如果題目對(duì)實(shí)驗(yàn)有特殊要求，則應(yīng)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)電流表與改裝后的電流表串聯(lián)，對(duì)它進(jìn)行校準(zhǔn)（核對(duì)）, 改裝及校準(zhǔn)所用器材的實(shí)物圖（略）（其中標(biāo)準(zhǔn)電流表事先已與一固定電阻串聯(lián)，以防燒表）,校準(zhǔn)時(shí) 要求通過(guò)電流表的電流能從0連續(xù)調(diào)到1mA,試按實(shí)驗(yàn)要求在所給的實(shí)物圖上連線。本題要求校準(zhǔn)時(shí)通過(guò)電流表的電流能從 0連續(xù)調(diào)到1mA，此時(shí)滑動(dòng)變阻器只能采用分壓式接法。 又如在實(shí)驗(yàn)中為了測(cè)定一個(gè)小電珠在不同電

16、壓下的功率，測(cè)量時(shí)要求小電珠兩端的電壓從零開(kāi)始連續(xù)調(diào)節(jié),此時(shí)滑動(dòng)變阻器也只能采用分壓式接法。滑動(dòng)變阻器調(diào)節(jié)特性的實(shí)驗(yàn)研究（來(lái)自10）滑動(dòng)變阻器在實(shí)驗(yàn)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(diào)節(jié)負(fù)載電阻兩端的電壓（即輸出電壓）。那么,兩種接法對(duì)輸出電壓的調(diào) 節(jié)是否存在差異呢？不妨對(duì)此進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。&于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)（b）實(shí)驗(yàn)器材：0: 50、1.6滑動(dòng)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(dòng)距離的關(guān)系限流電路自A端滑動(dòng)端向B端移動(dòng)，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(wèn)題研究方便，不計(jì)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(dāng)Rx 0時(shí),即滑動(dòng)端處于A端,UR1盤(pán)R當(dāng)RxR0時(shí),即滑動(dòng)端處于B端,Ur E對(duì)應(yīng)的輸出電壓與滑動(dòng)距離的關(guān)系曲線如圖 2a所示。分壓電路自A端滑動(dòng)端向B端移動(dòng)，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(shí)驗(yàn)曲線如圖3b所示。同樣，從理論曲線與實(shí)驗(yàn)曲線的對(duì)比，可見(jiàn)實(shí)驗(yàn)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(fù)載電阻對(duì)(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(fù)載電阻R的增大而逐漸上移，當(dāng)R很大時(shí)，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(dāng)R =Ro時(shí)，則Rx0,Ur0：RxRo , U R當(dāng)RRo時(shí)，則Rx0,Ur0： RxR0,Ur當(dāng)R?Ro時(shí)，則Rx0,Ur0：Rx0 , U R傾斜直線，如圖3a所示。(2)實(shí)驗(yàn)分析限流電路。負(fù)載電阻阻值R分別取5、所示。分壓電路。負(fù)載電阻阻值R分

19、別取0.53b中、所示。理論及實(shí)驗(yàn)分析都說(shuō)明了負(fù)載電阻的取值對(duì)E。E。-；Rx Ro,Ur E。對(duì)應(yīng)的曲線是一條過(guò)0點(diǎn)的250、100、5000，對(duì)應(yīng)的曲線如圖2b中、5 、50 、100 、5000，對(duì)應(yīng)的曲線如圖Ur X曲線有顯著的影響，輸出電壓的大小、當(dāng) R= Ro 時(shí)，則 Rx 0,Ur 當(dāng) R Ro 時(shí)，則 Rx 0,Ur 當(dāng) R? Ro 時(shí)，則 Rx 0,Ur 對(duì)應(yīng)的曲線是一條Ur E調(diào)節(jié)范圍以及調(diào)節(jié)性能隨負(fù)載電阻 R的變化而變化對(duì)于限流電路 根據(jù)Ur X曲線可知：aRx 0時(shí)，輸出電壓有最小值 U Rmin ,Ur U Rmin 0 ； Rx Ro時(shí),Ur E，電壓調(diào)節(jié)范圍為U

20、Rmin : E。b負(fù)載電阻R的值越大，輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍越小，但電壓的調(diào)節(jié)性能越好。然而，當(dāng)負(fù)載電阻R遠(yuǎn)大于變阻器滿值電阻Ro時(shí)(R? Ro),曲線趨于一條水平直線，這時(shí)，完全失去了變阻器調(diào)節(jié)電 壓的作用。c負(fù)載電阻R的值越小，輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍越大，但電壓的調(diào)節(jié)性能變差。在負(fù)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(dòng)變阻器。這樣，可 兼顧輸出電壓調(diào)節(jié)范圍較大且調(diào)節(jié)線性變化性能較好。對(duì)于分壓電路，根據(jù)U r X曲線可知：aRx o時(shí),Ur o； Rx Ro時(shí),Ur E，輸出電壓調(diào)節(jié)范圍為0: E。b負(fù)載電阻R的阻值越大，電壓調(diào)節(jié)的線性變化性能越好。當(dāng)負(fù)載電阻 R遠(yuǎn)大

21、于變阻器滿值電阻Ro時(shí)，曲線為過(guò)原點(diǎn)的一條傾斜直線，對(duì)電壓可實(shí)行全程的線性調(diào)節(jié)。一般在負(fù)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(dòng)變阻器。選取變阻器時(shí)，除了考慮阻值外，還應(yīng)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(duì)曲線的影響從實(shí)驗(yàn)曲線可以明顯看出，電源內(nèi)阻r對(duì)曲線有一定的影響。對(duì)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(duì)分壓電路輸出電壓的初始值則無(wú)影響。無(wú)論是限流電路還是 分壓電路，電源內(nèi)阻對(duì)輸出電壓的最大值都有影響，且負(fù)載電阻R的值越小，影響越大，即電壓最大 值URmax隨負(fù)載電阻R值的減小而減小。其原因是：負(fù)載電阻較大時(shí)，回路總電阻較大，總電流則較 小,電源內(nèi)阻上承擔(dān)的壓降較??；而負(fù)載電阻較小時(shí)，回路總電阻較小，總電流則較