電學(xué)實驗中滑動變阻器的選擇原則

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上2008年的高考復(fù)習(xí)已經(jīng)結(jié)束，在復(fù)習(xí)過程中，電學(xué)實驗是熱點，也是難點。而在諸多的電學(xué)實驗中，有一個儀器滑動變阻器又是頻繁出現(xiàn)的，不同的實驗對于滑動變阻器的要求不一樣，因此滑動變阻器的合理選擇問題也就成了考核的重點和難點之一。在復(fù)習(xí)過程中，筆者發(fā)現(xiàn)在面對這個問題的時候，不少的學(xué)生感到很茫然。為了使學(xué)生能夠更好地把握這個問題，筆者通過對大量相關(guān)試題的研究，總結(jié)了一點點體會。 1總的原則 涉及滑動變阻器“選擇”問題的電學(xué)實驗主要有：測定金屬的電阻率、描繪小電珠伏安特性曲線、把電流表改裝成電壓表、測定電源的電動勢和內(nèi)阻。這些實驗中，關(guān)于滑動變阻器的“選擇”問題主要分為兩大類：

2、總阻值大小的選擇和分壓、限流接法的選擇。不過，無論是哪一種“選擇”，都要遵循一些最基本的原則。 （1）安全性原則。即所選用的滑動變阻器及其接法，要保證電路的安全。如果該滑動變阻器的全部電阻連入到電路中，電路中的電流還是超過了電流表的量程，就必須選用滑動變阻器分壓接法或者另換總阻值較大的滑動變阻器。就接法而言，從安全角度來看，分壓接法的安全性要高得多。 （2）遵循實際要求原則。試題中有明確要求時，滑動變阻器及其接法的選擇就必須按要求辦。若題目中有“電壓從0開始調(diào)節(jié)”、“要求較大的電壓變化范圍”等要求時，則選用分壓接法，所用滑動變阻器的總阻值要相對小一些（但絕不是越小越好，還要確保自身的安全）;若

3、題目中出現(xiàn)“調(diào)節(jié)滑動變阻器使電路中電流變化比較明顯”等要求，則選用限流電路，滑動變阻器的總阻值應(yīng)比電路其他部分的總阻值大。 （3）科學(xué)性原則。即根據(jù)滑動變阻器總阻值與待測電阻的關(guān)系，選擇相應(yīng)的接法。如果滑動變阻器的總阻值比待測的電阻要小，適合用分壓接法;反之，滑動變阻器的總電阻比待測電阻阻值大，則適合用限流接法，此時如果所提供的滑動變阻器有兩個，且均滿足上述條件，則選擇總電阻相對較小的，調(diào)節(jié)靈敏度高。 2把電流表改裝成電壓表半偏法測電阻實驗中滑動變阻器的選擇 把電流表改裝成電壓表實驗的第一步是利用半偏法先測得電流表的內(nèi)阻（實驗電路見圖1）。在這個分實驗中，為了測量結(jié)果的精確性，即盡量在可控范圍

4、內(nèi)減少實驗誤差，實驗對于所選用的滑動變阻器有特定的要求。 半偏法測量電流表的內(nèi)阻實驗的具體步驟如下： （1）如圖所示的方式連接電路。 （2）合上開關(guān)S1，調(diào)整R的阻值，使電流表的指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度。 （3）合上開關(guān)S2，調(diào)整R的阻值，使電流表的指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度的一半。 （4）記下此時的電阻箱的阻值R=rg。 本實驗的誤差來自于變阻箱R。從實驗步驟中可以看出，在做實驗的時候是忽略了R對實驗的影響的，認(rèn)為S2閉合前后電路的總電流沒有發(fā)生變化，所以當(dāng)電流表的指針轉(zhuǎn)到滿刻度的一半時，認(rèn)為通過變阻箱R的電流也這么大，根據(jù)并聯(lián)電路的特點，電流表內(nèi)阻就等于此時變阻箱的阻值。 事實上，變阻箱R的接入必定會改變電

5、路的總電阻，電路總電阻變小，導(dǎo)致總電流增大。當(dāng)電流表的指針轉(zhuǎn)到滿刻度的一半時，實際上通過變阻箱的電流比通過電流表的電流要大，根據(jù)并聯(lián)電路的特征：通過電流大的，電阻小。即此時電阻箱的電阻比電流表的內(nèi)阻要小，而我們在實驗中就是用電阻箱的阻值來代替電流表內(nèi)阻的，所以測量值自然就是比標(biāo)準(zhǔn)值小。 還可以從數(shù)學(xué)上進(jìn)行嚴(yán)格證明： 當(dāng)S2未閉合時，有  當(dāng)S2閉合時，有  聯(lián)列上述兩式得 ，因為 <1，所以 ，測量值偏小。而且，有這個不等式也可以看出，R越大， 與 越接近，即誤差越小。 由上述的分析可知，用半偏法測電流表內(nèi)阻實驗中的滑

6、動變阻器應(yīng)該選擇總電阻盡量大一些的，以保證有足夠的電阻連入到電路中。又 ，可知所用的電源的電動勢越大，能夠允許連入電路中的R越大，進(jìn)而實驗的誤差越小。而變阻箱R則需要選擇與電流表內(nèi)阻相近的。 例1在把電流表改裝成電壓表的實驗中，把量程 A，內(nèi)阻約為100的電流表G改裝成電壓表。 （1）采用如圖2所示的電路測量電流表G的內(nèi)阻Rg，可選用的器材有： A 電阻箱：最大阻值為999.9; B 電阻箱：最大阻值為9999.9; C 滑動變阻器：最大阻值為2000; D 滑動變阻器：最大阻值為50k; E 電源：電動勢約為2V，內(nèi)阻很小

7、; F 電源：電動勢約為6V，內(nèi)阻很小; G 開關(guān)、導(dǎo)線若干。 為提高測量精度，在上述可供選擇的器材中，可變電阻R1應(yīng)該選擇       可變電阻R2應(yīng)該選擇       電源E應(yīng)該選擇         。（填入選用器材的字母代號） （2）測電流表G的內(nèi)阻Rg的實驗步驟如下： a 連接電路，將可變電阻R1調(diào)到最大; b 斷開S2

8、，閉合S1，調(diào)節(jié)可變電阻R1使電流表G滿偏; c 閉合S2，調(diào)節(jié)可變電阻R1使電流表G半偏，此時可以認(rèn)為電流表G的內(nèi)阻Rg=R2。 設(shè)電流表G的內(nèi)阻Rg的測量值為R測，真實值為R真，則R測      R真。（填“大于”、“小于”或“相等”） 解析：本題是典型的半偏法測電阻，根據(jù)實驗的特定，選擇儀器首先從電源下手，電源盡量大一些，故選F;然后根據(jù) ，可知當(dāng)電流表滿偏時，可變電阻R1接入電路中的阻值約為19900，故R1選擇D;而可變電阻R2應(yīng)該選擇與電流表內(nèi)阻相差不多且可直接讀出數(shù)值的，故選擇A。該實驗的測量值比真實

9、值偏小，故（2）空填“小于”。 3測定電源的電動勢和內(nèi)阻實驗中滑動變阻器的選擇 測定電源的電動勢和內(nèi)阻實驗（電路如圖3所示）中的滑動變阻器起改變電路中的總電阻，進(jìn)而得到不同的電壓值和電流值的作用。為了盡量減少實驗誤差，實驗采集的電壓值和電流值數(shù)據(jù)之間的變化應(yīng)該盡量明顯一些。 設(shè)接入電路部分的電阻為R時，電壓表示數(shù)為U，電流表示數(shù)為A;滑動滑片試接入電路部分的電阻增為R，則電壓表示數(shù)變 為U，電流表示數(shù)變?yōu)锳。根據(jù)閉合回路的歐姆定律有     所以    由上述等式可得，當(dāng) 一定時， 、 越小， 和

10、0;越大，即電壓表和電流表示數(shù)變化越明顯。因此，該實驗中的滑動變阻器應(yīng)該選擇總阻值較小的，既可以保證接入電路中的電阻不會太大，調(diào)節(jié)靈敏度也高一些。 再者，該實驗實際操作時選用的電源一般是用舊的電池，內(nèi)阻較大，如果接入電路中的外加電阻過大，電路中的電流就會非常微弱，不利于測量。 例2為測定一節(jié)蓄電池的電動勢和內(nèi)阻(內(nèi)阻約為0.5)，實驗可能采用的電路圖如圖4（甲、乙）所示。為防止調(diào)節(jié)滑動變阻器時造成短路，電路中連接了一個保護(hù)電阻R0，除蓄電池、開關(guān)、導(dǎo)線外，可供使用的實驗器材還有： A電流表(量程0.6A、內(nèi)阻約0.5)      &#

11、160;  B電壓表(量程3V，內(nèi)阻約6k) C電壓表(量程15V，內(nèi)阻約30k)          D定值電阻(阻值1;額定功率5W) E.定值電阻(阻值10、額定功率10W) F滑動變阻器(阻值范圍010)、額定電流2A) G滑動變阻器(阻值范圍0200、額定電流lA) (1) 實驗應(yīng)采用        電路(填“甲”或“乙”); (2) 電壓表應(yīng)選  

12、     ，定值電阻應(yīng)選       , 滑動變阻器應(yīng)選        。(填相應(yīng)儀器的序號)     解析：電路采用乙電路。由于一節(jié)蓄電池的電動勢也就2 V左右，故電壓表選B;定值電阻起保護(hù)作用，保證滑動變阻器不在電路中時的電路安全，故選擇E;滑動變阻器則應(yīng)該選擇總阻值較小的，即F。 4伏安法測電阻實驗中滑動變阻器的選擇 測定金屬的電阻

13、率和描繪小電珠伏安特性曲線，都屬于伏安法測電阻的實驗，而伏安法測電阻實驗中的滑動變阻器的選擇正是“選擇”問題中最讓學(xué)生頭疼的。因為，這里面既有滑動變阻器的選擇，還有滑動變阻器接法的選擇。 41  已知接法的滑動變阻器選擇 如果已經(jīng)知道了實驗中滑動變阻器的接入方式，選擇的難度相對較小。一般而言，分壓式接法選用總阻值相對較小的滑動變阻器;限流式接法則選用總阻值相對較大的滑動變阻器。 例3 （2006 北京卷） 某同學(xué)用圖5所示電路，測繪標(biāo)有“3.8V，0.3A”的小燈泡的燈絲電阻R隨電壓U變化的圖像。 除了導(dǎo)線和開關(guān)外，有以下一些器材可供選擇： 電

14、流表：A （量程100mA，內(nèi)阻約2 ）;             A （量程0.6A，內(nèi)阻約0.3 ）; 電壓表：V （量程5V，內(nèi)阻約5k ）;             V （量程15V，內(nèi)阻約15k ）; 滑動變阻器：R （阻值范圍010 ）; 

15、0;           R （阻值范圍02k ）; 電源：E （電動勢為1.5V，內(nèi)阻約為0.2 ）;                      圖 5      &#

16、160;    E （電動勢為4V，內(nèi)阻約為0.04 ）; 為了調(diào)節(jié)方便，測量準(zhǔn)確，試驗中應(yīng)選用電流表          ，電壓表                。 滑動變阻器        

17、0;      ，電源               （填器材的符號） 解析：本題實驗電路已知，即接法已知。小燈泡的額定電壓是3.8V，又是分壓電路，安全沒有問題，故電源就應(yīng)該選擇E ，與之相匹配的電壓表、電流表應(yīng)該是V 和A 。然后，由所提供的數(shù)據(jù)，可得燈泡正常工作時的電阻約為12.7 ，再考慮到分壓電路，滑動變阻器應(yīng)選擇R 。 42&#

18、160;未知接法的滑動變阻器及其接法的選擇 滑動變阻器接法未知情況下的選擇難度是比較大的，這時需要根據(jù)實驗要求和所給器材進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x擇，主要考慮總原則之中的（2）、（3）原則。 例4（2008 北京海淀零模） 有一根長陶瓷管，其表面均勻地鍍有一層很薄的電阻膜，管的兩端有導(dǎo)電箍M和N，如圖6(甲)所示。用多用表電阻檔測得MN間的電阻膜的電阻約為1k，陶瓷管的直徑遠(yuǎn)大于電阻膜的厚度。 某同學(xué)利用下列器材設(shè)計了一個測量該電阻膜厚度d的實驗。  A米尺(最小分度為mm); B游標(biāo)卡尺(游標(biāo)為20分度); C電流表A1(量程05mA，內(nèi)阻約10 W); D電流表A

19、2 (量程0100mA，內(nèi)阻約0.6W); E電壓表V1 (量程5V，內(nèi)阻約5kW); F電壓表V2 (量程15V，內(nèi)阻約15kW); G滑動變阻器R1 (阻值范圍010 W，額定電流1.5A); H滑動變阻器R2 (阻值范圍01.5KW，額定電流1A); I電源E (電動勢6V，內(nèi)阻可不計); J開關(guān)一個，導(dǎo)線若干。 （略） 為了比較準(zhǔn)確地測量電阻膜的電阻，且調(diào)節(jié)方便，實驗中應(yīng)選用電流表        ，電壓表   

20、;      ，滑動變阻器          。（填寫器材前面的字母代號） 在方框內(nèi)畫出測量電阻膜的電阻R的實驗電路圖。 解析：由于有“比較準(zhǔn)確地測量電阻膜的電阻，且調(diào)節(jié)方便”的實驗要求，滑動變阻器應(yīng)采用分壓接法，因為該接法可以得到的數(shù)據(jù)范圍大，準(zhǔn)確性較高，故滑動變阻器應(yīng)該選擇R1。采用了分壓接法，安全問題已解決，在考慮精確性的情況下，應(yīng)選用電壓表V1。再由 得通過該電阻的最大電流為5mA，可知電流表應(yīng)選A1。 根據(jù)以上選擇，不難畫出實驗的電路圖（圖7）。 例5（2007 北京西城二模）