高考中的滑动变阻器问题，本文主要内容关键词为：变阻器论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
滑动变阻器是一个以连续改变电阻值的可变电阻，它在电路中能起到调节电流的大小及两点间的电压的作用，是电学中最基本、最常见的器材之一，也是高考重要考点之一，滑动变阻器问题更是高考的热点问题.
一、动态电路中的滑动变阻器
高考中常常出现滑动变阻器的动态问题，即当触头移动时，确定电压、电流、电功率等物理量的变化情况问题.解决这类问题主要是依闭合电路的欧姆定律及串并联电路的特点进行求解，关键是确定外电阻的变化特点.
滑动变阻器在电路中的连接方式有限流式和分压式两种，如图1、图2、图3所示.
在图1所示的限流式接法中，外电阻随触头右移时，滑动变阻器接在电路中的有效电阻变小；当触头左移时，滑动变阻器接在电路中的有效电阻变大，如图1中的虚线.
在图2所示的分压式接法中，滑动触头C将滑动变阻器的总电阻分成两部分，并都接在
显然，由此关系式很容易看出R[，总]随x的变化规律，即当x增加时，R[，总]减小；而当x减小时，R[，总]增加.
所以，在图2所示的分压式接法中，宜取与用电器并联的那个部分滑动变阻器的电阻为x进行讨论.
在图3所示的分压式接法中，触头仍将滑动变阻器的总电阻分成两部分，并都接在电路
显然，R[，总]是关于x二次函数，其图像是一
是________.
A.电流表读数逐渐增大
B.电流表读数逐渐减小
C.电流表读数先增大，后减小到原值
D.电流表读数先减小，后增大到原值
解析：本题属于如图2所示的滑动变阻器的分压式接法，令R[，BC]=x，则触头C由A向B移相当于x减小，从而总电阻减小，由于电源内阻不计，即r=0，所以总电流将增加，这样流过电流表的电流将是：I[，R]=（R/（R+x））·I，从而电流表的读数将逐渐增大.
二、电学实验中的滑动变阻器
如前所述，滑动变阻器的连接有分压式连接和限流式连接.
在图1所示的限流式连接中，用电器两端的电压可在（R/（R+R[，0]））-ε～ε之间变化；而在图2和图3所示的分压式连接中.用电器两端的电压可在0～ε之间变化.
可见，分压式连接时，电压的变化范围大，分流式连接时，电压的变化范围小.但分压式连接时，线路功耗大，而分流式连接时，线路功耗小.
高考中滑动变阻器的问题可分为两类，一类是滑动变阻器的选择问题，即题目中给出几个不同的滑动变阻器，让选择适合题目要求的滑动变阻器，另一类是滑动变阻器的连接问题，即滑动变阻器应采用分流式还是分压连接在电路中.
滑动变阻器的选择原则应从以下两点考虑：
（1）考虑安全因素：即比较电路中可能出现的最大电流与滑动变阻器的额定电流，以保证变阻器不能被损坏.
（2）针对不同的选择方式和电路中其它电阻的大小而选择不同的变阻器.在分压式接法中，变阻器应选择电阻较小而额定电流较大的；在限流式接法中，应选择变阻器阻值与电路中其它电阻阻值比较接近的滑动变阻器.
滑动变阻器的接法选择应从以下两方面来考虑：
（1）在满足安全条件的情况下，由于限流电路能耗较小，结构连接简单，因此应优先考虑以限流接法为主.
（2）但在下面三种情况下必须要选择分压接法.
a.要使某部分电路的电流或电压从零开始连续调节，只有分压电路才能满足.
b.如果实验所提供的电压表、电流表量程或电阻元件允许最大电流较小，采用限流接法时，无论怎样调节，电路中实际电流或实际电压都会超过电表量程或电阻元件允许的最大电流或最大电压.为了保护电表或电阻元件免受损坏，必须要采用分压接法电路.
c.若用图像法处理数据，或题目要求测量数据较多，则一般选用分压式接法.
例4 有一电阻只R[，x]，其阻值大约在40～50Ω之间，为了进一步测量其电阻，实验室备有以下器材：
电流组（E），电动势9V，内阻约0.5Ω.
电压表（V），量程为10V，内阻20KΩ.
电流表（mA[，1]），量程为50mA.内阻约20Ω.
电流表（mA[，2]），量程为300mA，内阻约4Ω.
滑动变阻器（R[，1]），阻值范围1～100Ω.额定电流为1A.
滑动变阻器（R[，2]），阻值范围0～1700Ω，额定电流为0.3A.
还有开关（S）一个，导线若干.
为了实验能正常进行减小测量误差，而且要求滑动变阻器便于调节，在实验中应选用图10中的_______（选择“甲”，“乙”）所示的电路；应选代号为_______的电流表和代号为_______的滑动线变阻器.
图10
选用外接法.即电路应选甲图.
在选择电流表时，为尽量减小误差，需要尽可能多测量几组数据.当滑动变阻器的电阻为零时，回路电流出现最大值：Im=9V/40Ω=0.225A=225mA，因此，从保障安全，减小误差的角度出发，电流表应选A[，2].
选用滑动变阻器是为了通过调节能多测量几组电压值、电阻值.若选用R[，2]，则由于R[，2]的全电阻阻值太大，导致其有效利用长度较小.给操作带来不便；同时电压表数值变化不明显，会给数据处理带来较大误差，因此，从方便操作、减小误差的角度出发，应选用滑动变阻器R[，1].
关于滑动变阻器R[，1]的选择也要从上面提到的选择原则来确定.由于电路采用了限流式接法，所以选择变阻器的阻值应与待测电阻的阻值比较接近，故选R[，1].
例5 （97全国）某电压表的内阻在20KΩ～50KΩ之间，现要测量其内阻，实验室提供下列可选用的器材：
待测电压表V（量程为3V），电流表A[，1]（量程200μA），电流表A[，2]（量程5mA），滑动变阻器R（最大阻值1KΩ）电源ε（电动势为4V），电键K.
（1）所提供的电流表中，应选用______（填字母代号）.
（2）为了尽量减小误差，要求测多组数据，试在方框中画出符号要求的实验电路图.（其中电源和电键及其连线已画出），（如图11所示）
图11
解析：由于被测电压表的阻值远大于滑线变阻器的总电阻，题目中又要求多测几组数据，故滑动变阻器只能采用分压式接法.
为了测定电压表的内阻，可将电流表与电流表串联，电流表的读数就是通过R[，v]的电流，电压表的读数就是R[，v]两端的电压.当滑动变阻器的电阻为零时，通过R[，v]的电流为I=3V/20Ω=0.15A=150mA.故电流表应选A[，1].
这样，本题的电路图应如图12所示.
例6 用伏安法测金属电阻R[，x]（约为5Ω）的值，已知电流表内阻为1Ω，量程为0.6A，电压表内阻为几KΩ，量程为3V，电源电动势为9V，滑动变阻器的阻值为0～6Ω，额定电流为5A，试画出测量R[，x]的原理图.
滑动变阻器在采用限流接法时，如图13所示.当滑动变阻器的阻值为6Ω时，电压表的读数为（9/（5+6））×5=（45/11）V；当滑动变阻器的阻值0Ω时，电压表的读数为9V.可见，当滑动变阻器采用限流接法时，负载R[，x]的电压变化范围为（45/11）V～9V.显然，题目中所提供的电压表的量程不够.
图13
故应采用分压式接法，实际电路图应如图14.
图14