例谈滑动变阻器的两种接法

例谈滑动变阻器的两种接法

在高考物理实验题中，我们多次考查滑动变阻器的两种接法──分压式与限流式。但虽多次考查，仍有很多学生出错。为什么会出现这一现象？主要原因是学生没有掌握好两种连接方式的特点及作用，遇到具体问题时不知道该如何连接。

一、限流式连接方式的特点

滑动变阻器用作限流时，其连接如图1所示。它是把滑动变阻器串联在电路中，用以控制或调节电路中的电流。使用时，连接滑动变阻器的导线应分别接金属杆一端和电阻线圈一端的接线柱。此电路中，待测电阻Rx两端电压的调节范围约为E·Rx/（R+Rx）和E之间。

二、分压式连接方式的特点

滑动变阻器用作分压时，其连接如图2所示。它是从滑动变阻器上分出一部电压在待测电阻上。其优点是当它的滑动触头从a端向b端滑动时，待测电阻Rx上可分得从零开始连续变化的所需电压（限流式不能），电压的调节范围是0和E之间，比用作限流时调节范围要大。

三、两种连接方式的选取

在负载电流要求相同的情况下，限流电路中干路电流比分压电路中的干路电流更小，所以限流电路中消耗的总功率较小，电源消耗的电能就较小，这说明限流具有节能的优点。在实际电路设计时应视实验要求灵活选取分压电路或限流电路。

（一）分压电路的选取

1．若实验要求某部分电路的电压变化范围较大，或要求某部分电路的电流或电压从零开始连续可调，或要求多测几组I、U数据，则必须将滑动变阻器接成分压电路。

例1 测定小灯泡“6V，3W”的伏安特性曲线，要求实验中灯泡两端的电压从零开始连续可调。供选择的器材有：电压表V1（量程6V，内阻20kΩ），电流表A1（量程3A，内阻0．2Ω），电流表A2（量程0．6A，内阻1Ω），变阻器R1（ 0～100Ω，0．5A），变阻器R2（0～20Ω，0．2A），学生电源E（6～8V）、开关及导线若干。选择出符合实验要求的实验器材并设计出实验电路。

分析：不管是从题中要求灯泡两端电压必须从零开始连续可调的角度考虑，从为了最终能较准确画出伏安特性曲线必须多测几组I、U数据的角度考虑，限流电路都难以满足要求，因此必须采用分压电路。实验电路如图3所示。

器材包括：电压表V1、电流表A2、变阻器R2、电源、开关及导线。

若实验中要用小阻值的滑动变阻器控制大阻值负载，或者题中所给电源电动势过大，尽管滑动变阻器阻值也较大，但总电流大于负载的额定电流值，或总电流大于接入电表的量程，此时的滑动变阻器也应接成分压式电路；若负载电阻的额定电流不清楚，为安全起见，一般也连成分压电路。

例2为了较准确地用伏安法测定一只阻值大约是3kΩ的电阻，备用的器材有：A．直流电源，电压12V，内阻不计；B．电压表，量程0～3～15V，内阻10kΩ；C．电流表，量程0～0．6～3A，内阻20Ω；D．毫安表，量程5mA，内阻200Ω；E、滑动变阻器，阻值0～50Ω； G、电键及导线若干。试设计出实验电路。

分析：本题中，由于待测电阻约为3kΩ，而滑动变阻器控制大阻值负载的情况，因此应将滑动变阻器接成分压电路，否则无法调节负载电阻两端的电压及通过负载电阻的电流的有效变化而造成较大的偶然误差。设计电路如图4所示（外接法及电表选取分析略）。

例3用伏安法测一个电阻Rx的阻值。提供器材有：待测电阻Rx（约5kΩ）、电压表（0～3V，内阻100kΩ）、微安表（0～500μA，内阻100Ω）、变阻器（0～20kΩ）、稳压电源（输出电压15V）。试设计出实验电路。

分析：若接成限流电路，电路中最小电流：I min=E/R=15/（5+20）×103A=0．6×10- 3A=600μA，大于微安表的量程。因此，为了电路安全必须将变阻器接成分压电路，如图2所示。

（二）限流电路的选取

1．一般说来，题目若没有特别的要求，由于限流电路具有节能的优点，并且限流电路的连接较为简便，则优先采用限流接法。由图1和图2不难看出，若用电器正常工作，图2电路中

的总电流必然大于图1电路中的总电流，因而图2分压电路消耗的电功率较大。所以，为了能和电路连接的方便，通常采用限流式接法。

2．若题目中要用较大阻值的滑动变阻器控制阻值较小的负载，在保证负载和电表安全的前提下，一般也将滑动变阻器接成限流电路。

例4在上述的图2电路中，如果Rx较小，R较大，那么在P由a滑到b的过程中，由于Pa电阻与Rx并联的电阻较接近Rx，因此在开始的很长一段距离上Rx上的电压变化较小，而在P接近b端时，因并联值与P电阻迅速接近而使Rx上电压发生突变（即突然增加），故此不易控制，所以此种情况下应把滑动变阻器接成限流电路。

可见，如若切实掌握了分压与限流接法的电路特点和电路选择原则，有关滑动变阻器的连接问题就可迎刃而解。

带电粒子在匀强磁场中的运动问题分析策略

带电粒子在匀强磁场中受洛伦兹力做匀速圆周运动，根据这一特点该问题的解决方法一般为：一定圆心，二画轨迹，三用几何关系求半径，四根据圆心角和周期关系确定运动时间。其中圆心的确定最为关键，一般方法为：①已知入射方向和出射方向时，过入射点和出射点做垂直于速度方向的直线，两条直线的交点就是圆弧轨迹的圆心。②已知入射点位置及入射时速度方向和出射点的位置时，可以通过入射点做入射方向的垂线，连接入射点和出射点，做其中垂线，这两条垂线的交点就是圆弧轨迹的圆心。

以上方法简单明了，但具体求解时，学生对其轨迹的变化想象不出来，从而导致错解习题。如从以上方法出发，再借助圆规或硬币从“动态圆”角度分析，便可快而准的解决问题。此类试题可分为旋转圆、缩放圆和平移圆三大类型，下面以2010年高考试题为例进行分析。

一、旋转圆

模型特征

带电粒子从某一点以大小不变而方向不限定（如0—180°范围内）的速度射入匀强磁场中，这类问题都可以归结为旋转圆问题，把其轨迹连续起来观察可认为是一个半径不变的圆，根据速度方向的变化以出射点为旋转轴在旋转如图1。解题时使用圆规或硬币都可以快捷画出其轨迹，达到快速解答试题的目的。

典例解析

例1（2010·全国1）如图2，在0≤x≤a区域内存在与xOy平面垂直的匀强磁场，磁感应强度的大小为B。在t＝0时刻，一位于坐标原点的粒子源在xOy平面内发射出大量同种带电粒子，所有粒子的初速度大小相同，方向与y轴正方向的夹角分布在0°～180°范围内。已知沿y轴正方向发射的粒子在t＝t0时刻刚好从磁场边界上P（a，a）点离开磁场。求：

（1）粒子在磁场中做圆周运动的半径R及粒子的比荷q/m；

（2）此时刻仍在磁场中的粒子的初速度方向与y轴正方向夹角的取值范围；

（3）从粒子发射到全部粒子离开磁场所用的时间

动态分析；由题知沿y轴正方向发射的粒子从磁场边界上P(a，a)点离开磁场，利用圆规或硬币可作出其轨迹图像如图3，由于粒子速度方向在0°～180°范围内，其它方向的轨迹可以通过旋转第一个圆得到（O点为旋转点），如图4。从图中可明显发现第2问第3问所涉及的粒子轨迹所在位置，利用几何关系便可解答此题。

解析：（1）初速度与y轴正方向平行的粒子在磁场中的运动轨迹如图5中的弧所示圆心

为C。由题给条件可以得出∠OCP＝①

此粒子飞出磁场所用的时间为t0＝②设粒子运动速度的大小为v，半径为R，由几何关系可得③由洛伦兹力公式和牛顿第二定律有④⑤，联立

②③④⑤式，得⑥

(2)依题意，同一时刻仍在磁场内的粒 …… 此处隐藏：11754字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……