实验分析限流式、分压式滑动变阻器阻值的选择方法

总结出限流式及分压式接法滑动变阻器阻值的选择方法。

1限流式接法滑动变阻器阻值的选择理论分析

如图1所示，负载电阻R0，变阻器总电阻R1，电源电动势E，内阻不计。调节滑片p的位置，可连续改变ab间的电阻Rap，从而使整个电路的电流I随之变化。这里对滑动变阻器的要求是，滑动变阻器对电流的调节最好是线性的，不要突变，电流大小的变化范围要尽量大。

设滑动变阻器接入电路的长度为x，滑动变阻器总长为L（0≤x≤L），由闭合电路欧姆定律：

I=ERap+R0

I0=ER0，

k=R1R0，Rap=xLR1

得：I=I0Lkx+L

从公式中可以看出，当移动滑动变阻器接入电路的长度为x时，电路中的电流I随之变化。下面通过实验研究滑动变阻器接入不同长度x时，电流I随x的变化情况。

2限流式接法滑动变阻器阻值的选择实验及结果分析

实验器材：学生电源，开关，电流表，电压表，定值电阻阻值50 Ω，最大阻值分别为5 Ω、20 Ω、50 Ω、200 Ω、500 Ω的滑动变阻器，导线若干。

为了能清楚的看到滑动变阻器接入电路的长度，事先在滑动变阻器上标上刻度。

按滑动变阻器限流式接法实验电路图（见图1），先接入阻值为5 Ω的滑动变阻器，连接电路实物图，如图2所示。闭合开关，滑动变阻器的长度从零开始，逐渐增大。记录对应电流表的电流I与滑动变阻器接入电路的长度x，记录几组数据。完成实验后，关闭开关，断开电源。更换滑动变阻器，依次接入最大阻值为20 Ω、50 Ω、200 Ω，500 Ω的滑动变阻器，同样改变滑动变阻器接入电路中的长度x，记录相应的长度x与电流表的数值I。在表1中分别记录5次实验的实验数据。利用表格中的数据在坐标纸中画出I-x的关系图像，如图3所示。

从图3中可以直观地看出，当k很小时，电流I的变化范围较小，表示滑动变阻器对电流的控制作用不大，但电流变化过程中的线性和均匀性较好。当k较大时，可以看到x接近零时电流变化异常剧烈，其线性较差，给调节带来较大困难。

综合分析可得，为了使负载R0既能得到较宽的电流调节范围，又能使电流均匀变化，限流式实验电路中選择滑动变阻器时，应使滑动变阻器总电阻R1大于定值电阻R0，一般满足

R1的阻值为R0阻值的2～5倍。

3分压式接法滑动变阻器阻值的选择理论分析

图4为滑动变阻器分压式接法电路图，当滑片p置于某位置时，负载R0上电压为U。

由闭合电路欧姆定律得：

U=ERpb+R0RapR0+Rap·R0RpbR0+Rap

=ER0RapR0R1+RapRpb=ER0RapR0R1+Rap（R1-Rap）

令k=R0R1，x=RapR1（0≤x≤1）

则U=Ekxk+x（1-x）

从公式中可以看出，负载两端的电压随着接入滑动变阻器长度x的变化而变化。下面通过实验研究分压式接法负载两端电压值U与滑动变阻器接入电路长度x的关系。

4分压式接法滑动变阻器阻值的选择实验及结果分析

按滑动变阻器分压式接法实验电路图（见图4），先接入阻值为5 Ω的滑动变阻器，连接电路实物图，如图5所示。闭合开关，滑动变阻器的长度从零开始，逐渐增大，记录对应的电压表U与滑动变阻器接入电路的长度x。完成实验后，断开开关，关闭电源。

更换滑动变阻器，依次接入最大阻值为20 Ω、50 Ω、200 Ω的滑动变阻器，同样改变滑动变阻器接入电路中的长度x，记录x及对应的电压值U。在表2中分别记录4次实验的实验数据U-x。利用表格中的数据在坐标纸中画出U-x图像，如图6所示。

从图6可以看出，当k>1时，U-x基本呈线性关系，表明调节滑动变阻器时，负载电压变化均匀。当k很小时，如k=0.25，R1=200 Ω，在0～7 cm的范围内，电压变化范围较小，x接近7时，R0上电压迅速增加，说明调节电压较困难。可以推想当R1更大时，在0～7 cm范围内电压可调范围更小，在某一位置突变后，想要获取多组实验数据十分困难。

选择分压电路的滑动变阻器阻值时，从电压调节均匀角度及操作可行性方面考虑，应使得滑动变

阻器的阻值R1小于负载电阻R0，在实际分压电路中，一般滑动变阻器R1的阻值为R0阻值的01～05倍。

综上所述，本文通过实验的方法研究限流式、分压式滑动变阻器阻值的选择方法，实验操作方便，现象明显，结论易于总结。