四、分壓式接法中,怎樣選擇滑動變阻器
1、首先保證儀器安全,即滑動變阻器在電路中不被損壞。例如:要描繪某電學元件(最大電流不超過6mA,最大電壓不超過7V)的伏安特性曲線,設計電路如圖,圖中定值電阻R為1KΩ,用于限流;電流表量程為10mA,內阻約為5Ω;電壓表(未畫出)量程為10V,內阻約為10KΩ;電源電動勢E為12V,內阻不計。(1)實驗時有兩個滑動變阻器可供選擇:a:阻值0到200Ω,額定電流A30、B:阻值0到20Ω,額定電流A5.0。本實驗應選的滑動變阻器是 (填“a”或“b”)
解析:在該題中,若選擇滑動變阻器b(阻值0-200Ω,額定電流A5.0)時,電路中的最小電流是:A16.02012,顯然AA5.06,滑動變阻器將被燒壞。要保證滑動變阻器不被燒壞,只能選擇滑動變阻器a(阻值0-200Ω,額定電流A3.0)。
2、其次所設計的電路應能夠達到實驗的目的,即多測量幾組數據,要達到這個要求,滑動變阻器相比待測量電阻越小越好。
例如:在“描繪小燈泡的伏安特性曲線”的實驗中,除有-標有“6V,1.5W”的小燈泡、導線和開關外,還有:
A.直流電源 6V(內阻不計)
B.直流電流表0~3A(內阻0.1Ω以下)
C.直流電流表0~300mA(內阻約為5Ω)
D.直流電壓表0~15V(內阻約為15kΩ)
E.滑動變阻器0~10Ω 2A
F.滑動變阻器0~1kΩ 0.5A
實驗要求小燈泡兩端的電壓從零開始變化并能多測幾次.滑動變阻器應選用(用序號表示)
解析:由于實驗要求小燈泡兩端的電壓從零開始變化并能多測幾次,則滑動變阻器應該是分壓式接法,滑動變阻器相比待測量電阻越小越好,因而應選擇滑動變阻器E(0~10Ω,2A)。
分壓式接法中,在保證儀器安全的前提下,為什么選擇滑動變阻器阻值越小越好。例如:如圖甲所示為分壓式電路圖,已知電源電動勢為E,內阻不計,變阻器總電阻為Rp。閉合開關S后,負載電阻RL兩端的電壓U隨變阻器a端至滑動觸頭間的電阻Rx的變化而變化。關于負載電阻兩端的電壓U隨RX變化的關系式為:
若電源電動勢為10V,變阻器總電阻為Rp=10Ω,負載電阻分別為RL1=1Ω、RL2=3Ω、RL3=5Ω、RL4=10Ω、RL5=15Ω、RL6=20Ω、RL7=30Ω、RL8=100Ω時的圖像如圖乙所示:
由圖可知,對于不同的RL值,調節滑動觸頭時負載電阻兩端的電壓變化規律不同。當負載電阻RL越小于變阻器電阻Rp時,負載電阻兩端的電壓U隨RX的變化而更迅速變化;當負載電阻RL越大于變阻器電阻Rp時,負載電阻兩端的電壓U隨RX的變化而更加平穩變化,從而可獲得更多的實驗數據。顯然在分壓式接法中,在保證儀器安全的前提下,滑動變阻器阻值相比負載電阻阻值越小越好。