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1、01 变阻器接法中一个易忽视的问题 在电学实验中变阻器有两种常用的接法,即限流式和分压式.如果从阻值角度 进行选择,当被测电阻与变阻器电阻较接近时用限流接法,被测电阻远大于变阻器 电阻时用分压接法.在分析其原因的过程中人们通常只从被测电阻上电压变化范 围和电压的变化是否线性 考虑,而忽视了变阻器电阻变化的特点及实际操作过程中是否方便可行.变阻器在 电路中无论采用哪种接法,都是通过改变其电阻达到改变被测电阻上电压或电流 的.如果变阻器电阻的较小变化会使被测电阻上电压或电流发生较大变化时,就不 利于我们调节到所需要的电压或电流.如图 1 所示, 变阻器限流作用.设电源电动势为, 内阻不计. 上的电
2、压xR=,其变化范围为.根据的表xUxaPxR RRgxaPxR RRgxU达式,可以得到随的变化关系图线如图 2 所示, 由xUaPR数学知识可知,当越小,曲线距原点越近且弯曲程度xR越高.从图中曲线知道:当较小时,阻值的较小变化就aPR会引起的明显改变,变阻器由于其结构的特点使它的阻值变化并不是连续的而xU是跳跃的,这使人们在实际操作中不易得到或根本得不到所需要的电压或电流.随着增大,变阻器调节上的电aPRxR压就越来越容易,同时被测电阻上的电压变化范围变小.xR如图 3 所示的 a、b、c 三条曲线分别对应于远大于、xR0R与相差不大、远小于的 3 种情况(设 3 种情况中都相同).则当
3、xR0RxR0R时,被测电阻的电压容易调节,但电压的变化0xRR?xR范围较小,导致测量误差较大.如果,由曲线 c 可0xRR=知,当变阻器容易调节时,两端电压变化范围过小,而当xR电压能在较大范围变化时变阻器又不易控制.只有在与比较接近时,变阻器既能较方便地调节又能使xR0R达到所需要的变化幅度.这就是采用限流式接法时要求变阻器与被测电阻阻值xU接近的原因.如图 4 所示,变阻器使用分压接法,设电源电动势为、内阻不计.此图 1图 2图 3图 4时被测电阻的电压xR=I=xURRRg总并并 总=xaPxaPxaPPb xaPR R R RRRRRR g000=+-+aPxaPxaPPbxaPa
4、PxR RR R R RR RRR RR R （）的变化范围为 0.当时, ,图 5 中 axU0xRR?xU0aPR R直线表示随变化的关系.此时两端电压变化范围较xUaPRxR大且电压的变化是均匀的.当时,被测电阻上的电压近似满足0xRR=,随变化关系如图中 b 曲线所示,且越小,曲线越弯曲,根0x x aPRURRxUaPRxR据前面分析可知:在远小于时,用分压电路也存在调节精度与电压变化范围xR0R相矛盾的问题. 与关系处于上述两种情况之间时随变化曲线位于直xR0RxUaPR线 a 与曲线 b 之间综上所述,采用分压式接法时变阻器电阻应远小于被测电阻.需 要说明的是,以上仅从变阻器调节方便可行及被测电阻电压变化范围进行分析,实 际上选择变阻器接法时,还要综合其它因素,如安全、节能、变阻器的额定功率等 进行全面考虑.在物理实验教学中,教师一般侧重实验原理的讲解,而忽视实验过 程中调节精度问题的分析,这一问题应引起我们的重视.图 5
