浅谈中学物理实验中滑动变阻器的选择

浅谈中学物理实验中滑动变阻器的选择滑动变阻器是通过改变其阻值来改变电路中的电流或电路两端电压的重要电学仪器，在电学实验中正确选取滑动变阻器，既要有理论知识又要有实践经验，是学生应该掌握的基本技能，也是教学中的难点，下面谈谈我们在实验中是如何选择滑动变阻器的．1流过变阻器的电流不能超过额定电流变阻器的额定电流是指变阻器允许通过的最大电流，使用中变阻器上任何一点的电流都不能超过此值，否则，变阻器要损坏．在制流电路中，流过变阻器的最大电流等于用电器的额定电流，在图1所示的分压电路中流过变阻器的最大电流如何计算呢？由图1可知，流过变阻器的电流有两部分，即变阻器左侧PA段电流为I2，变阻器右侧PB段电流为I1、I2之和．如果滑动端P不断向右移动，那么变阻器PB段电流也不断增大．设电源电动势为ε，内阻不计，变阻器PA段电阻为RA，PB段电阻为RB，RA与用电器电阻R的并联电阻为R'，变阻器PA段两端电压如果变阻器滑动端无限接近B端，那么PA段两端电压2根据实验中要求的最小电流选择变阻器这一点是针对制流电路的．在图2所示的电路中，设电源电动势为ε，内阻不计，电路中最小电流为In，当滑动端P移至B端时电路中电值稍大于此值．例如，在图2所示电路中，电源电动势为14V，安培表和电源内阻均可忽略，R=20Ω．若要求安培表示数在0.2～0.5A范围内变化，则满足实验要求，如果选0～20Ω的变阻器，则不能使电流在0.2～0.5A范围内变化．3根据实验时便于调节和读取数据的原则选择变阻器在实验中，不管用制流电路还是分压电路，变阻器滑动端在移动过程中应使被测电流、电压在需要的范围内均匀变化，而且变阻器滑动端也应在较大范围内移动，如果变阻器滑动端在移动过程中，被测电流、电压无明显变化，或变阻器滑动端只有在一端一个很小范围内移动，电路中才出现需要的电流、电压，那么变阻器选择不当，后者不是电流、电压不便调节到某一数值，就是电流、电压数值太小，给实验带来较大误差．例如，在图3所示电路中，电源电动势为9V，内阻不计，要对阻值约为40～50Ω的电阻RX进一步测量其阻值，在下列器材中选择适当的毫安表和滑动变阻器：毫安表A1量程0～50mA内阻不计毫安表A2量程0～300mA内阻不计滑动变阻器R1阻值范围0～100Ω额定电流1A．滑动变阻器R2阻值范围0～1700Ω，额定电流0.3A．首先求出滑动变阻器的阻值为零时，电路中可能出现的最大电流值由误差理论可知，要使测量结果误差较小，从电流表A2上读取数据应在200mA以上．如果选用变阻器R2，要获取这样的电流，滑动变阻器在电路中的电阻应在5Ω以下，变阻器滑动端必须在其左侧占全长千分之三的范围滑动，变阻器的尺寸是有限的，滑动端在上述范围内滑动，并且从电流表A2上读取若干数据是很不容易的，要使滑动端在更大范围移动，电流太小，无法读出电流值．如果选取变阻器R1，上述矛盾则得到解决．4从减小系统误差的角度选择变阻器所谓系统误差是由于仪器本身不准确，实验原理不完善，实验方法粗略等产生的误差，滑动变阻器是实验电路的组成部分，它的选用也要影响实验误差．例如，在如图4所示，利用半偏法测电流表内阻的实验中，由闭合使电流表半偏的电阻箱的阻值，由上式可知，当R1R2时，Rg≈R2．所以，只有在R1R2的条件下（一般取R1=100R2），利用半偏法测电流表内阻，才有较小的系统误差．此时，为保证电流表能够满偏，电源应有较高的电压．如果不满足R1R2的条件，电源电压较低，R1的阻值较小，电流表也能达到满偏．但测出的电流表内阻就要有较大系统误差，所以在这个实验中，要减小系统误差，R1的阻值应满足R1=100R2．