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一、滑动变阻器的构造
滑动变阻器是一个可以连续改变电阻的变阻器,实验室常用的滑动变阻器有四个接线柱A、B、C、D,如图所示,由电阻丝G(表面涂有绝缘层的镍洛合金材料)、瓷管F、金属滑片P、金属杆E和支架H构成。电阻丝密密的绕在瓷管上,两端分别与接线柱A、B连接,金属滑片P与电阻丝紧密接触(接触部分的氧化层已经刮掉),可以在金属杆C、D上左右滑动。
二、滑动变阻器的原理
滑动变阻器是利用导体的电阻随导体的长度的增加而增大的特点制成的,其连入电路中的阻值大小取决于绕在绝缘瓷管上的电阻线的长度。当把电阻线两端的接线柱A、B接入电路时,接入电路的电阻线最长,此时滑动变阻器接入电路的有效电阻值最大。当把电阻线两端的接线柱C、D接入电路时,接入电路的电阻线最短,此时滑动变阻器接入电路的有效电阻值最小,为0。
三、滑动变阻器的接法
(一)滑动变阻器的两种连接方式
如图所示的两种电路中,图(a)电路称为限流接法,它是把滑动变阻器串联在电路中,滑动变阻器(最大阻值为R0)对负载RL的电压、电流强度都起控制调节作用。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。
图(b)电路称为分压接法.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。
(二)限流式接法和分压式接法比较
1.从调节范围上比较
分压电路优点:调节范围宽,其次是它的电流、电压都包含了0值且与R0无关。
2.从方便调节的角度比较
其中,在限流电路中,通RL的电流IL= ,当R0>RL时IL主要取决于R0的变化,当R0 在分压电路中,并联电路电阻比小的那个还小,当R0>>RL时,R并≈RL,所以RL两端电压随R0增大而增大,几乎不受负载影响。当RL比R0小或小很多时,R并≈R0这时几乎不受影响,不宜采用分压电路。
归纳为:大负载、R0>RL时,用分压电路;小负载、R0 3.从两电路连线和节能角度比较
从两电路连线方面看,限流电路简单,分压电路复杂。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(EIL),分压电路耗能大(E(IL+Iap))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。
四、電学实验中对滑动变阻器接法的选取
高中阶段涉及到滑动变阻器接法的电学实验有3个,分别是“测定金属的电阻率”“描绘小灯泡的伏安特性曲线”和“测定电源的电动势和内阻”。
1.测定金属的电阻率
该实验用伏安法测出金属丝的电阻R,用刻度尺测出金属丝的长度L,用螺旋测微器测得金属丝的直径并算出横截面积S,由R=ρ(L/S)得ρ=RS/L就可以求出金属丝的电阻率ρ。在该实验中滑动变阻器的接法采用限流式接法,电路如图。
2.描绘小灯泡的伏安特性曲线
该实验用电流表测出流过小灯泡的电流,用电压表测出小灯泡两端的电压,测得多组(U、I)值,在U-I坐标系中描出各对应点,用一条光滑的曲线将这些点连接起来,就可以得到小灯泡的伏安特性曲线。在该实验中电流、电压需从0值开始,所有滑动变阻器的接法采用分压式接法,电路如图。
3.测定电源的电动势和内阻
该实验依据闭合电路的欧姆定律,用电流表测出电路的电流,用电压表测出路端电压,通过调节滑动变阻器接入电路的有效电阻值来改变电流表、电压表的示数,测得多组(U、I)值带入U=E-ir,得电源的电动势E和内阻r。在该实验中电流、电压不需从0值开始,所有滑动变阻器的接法采用限流式接法,电路如图。
五、通用原理归纳
(一)下列三种情况必须选用分压式接法
第一,要求回路中某部分电路电流或电压实现从零开始可连续调节时(如测定导体的伏安特性、校对改装后的电表等电路),即大范围内测量时,必须采用分压接法。
第二,当用电器的电阻RL远大于滑动变阻器的最大值R0,且实验要求的电压变化范围较大(或要求测量多组数据)时,必须采用分压接法。
第三,若采用限流接法,电路中实际电压(或电流)的最小值仍超过RL的额定值时,只能采用分压接法。
(二)下列情况可选用限流式接法
第一,测量时电路电流或电压没有要求从零开始连续调节,只是小范围内测量,且RL与R0接近或RL略小于R0,采用限流式接法。
第二,电源的放电电流或滑动变阻器的额定电流太小,不能满足分压式接法的要求时,采用限流式接法。
第三,没有很高的要求,仅从安全性和精确性角度分析两者均可采用时,可考虑安装简便和节能因素采用限流式接法。
滑动变阻器以何种接法接入电路,应遵循安全性、精确性、节能性、方便性原则综合考虑,灵活择取。
滑动变阻器是一个可以连续改变电阻的变阻器,实验室常用的滑动变阻器有四个接线柱A、B、C、D,如图所示,由电阻丝G(表面涂有绝缘层的镍洛合金材料)、瓷管F、金属滑片P、金属杆E和支架H构成。电阻丝密密的绕在瓷管上,两端分别与接线柱A、B连接,金属滑片P与电阻丝紧密接触(接触部分的氧化层已经刮掉),可以在金属杆C、D上左右滑动。
二、滑动变阻器的原理
滑动变阻器是利用导体的电阻随导体的长度的增加而增大的特点制成的,其连入电路中的阻值大小取决于绕在绝缘瓷管上的电阻线的长度。当把电阻线两端的接线柱A、B接入电路时,接入电路的电阻线最长,此时滑动变阻器接入电路的有效电阻值最大。当把电阻线两端的接线柱C、D接入电路时,接入电路的电阻线最短,此时滑动变阻器接入电路的有效电阻值最小,为0。
三、滑动变阻器的接法
(一)滑动变阻器的两种连接方式
如图所示的两种电路中,图(a)电路称为限流接法,它是把滑动变阻器串联在电路中,滑动变阻器(最大阻值为R0)对负载RL的电压、电流强度都起控制调节作用。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。
图(b)电路称为分压接法.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。
(二)限流式接法和分压式接法比较
1.从调节范围上比较
分压电路优点:调节范围宽,其次是它的电流、电压都包含了0值且与R0无关。
2.从方便调节的角度比较
其中,在限流电路中,通RL的电流IL= ,当R0>RL时IL主要取决于R0的变化,当R0
归纳为:大负载、R0>RL时,用分压电路;小负载、R0
从两电路连线方面看,限流电路简单,分压电路复杂。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(EIL),分压电路耗能大(E(IL+Iap))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。
四、電学实验中对滑动变阻器接法的选取
高中阶段涉及到滑动变阻器接法的电学实验有3个,分别是“测定金属的电阻率”“描绘小灯泡的伏安特性曲线”和“测定电源的电动势和内阻”。
1.测定金属的电阻率
该实验用伏安法测出金属丝的电阻R,用刻度尺测出金属丝的长度L,用螺旋测微器测得金属丝的直径并算出横截面积S,由R=ρ(L/S)得ρ=RS/L就可以求出金属丝的电阻率ρ。在该实验中滑动变阻器的接法采用限流式接法,电路如图。
2.描绘小灯泡的伏安特性曲线
该实验用电流表测出流过小灯泡的电流,用电压表测出小灯泡两端的电压,测得多组(U、I)值,在U-I坐标系中描出各对应点,用一条光滑的曲线将这些点连接起来,就可以得到小灯泡的伏安特性曲线。在该实验中电流、电压需从0值开始,所有滑动变阻器的接法采用分压式接法,电路如图。
3.测定电源的电动势和内阻
该实验依据闭合电路的欧姆定律,用电流表测出电路的电流,用电压表测出路端电压,通过调节滑动变阻器接入电路的有效电阻值来改变电流表、电压表的示数,测得多组(U、I)值带入U=E-ir,得电源的电动势E和内阻r。在该实验中电流、电压不需从0值开始,所有滑动变阻器的接法采用限流式接法,电路如图。
五、通用原理归纳
(一)下列三种情况必须选用分压式接法
第一,要求回路中某部分电路电流或电压实现从零开始可连续调节时(如测定导体的伏安特性、校对改装后的电表等电路),即大范围内测量时,必须采用分压接法。
第二,当用电器的电阻RL远大于滑动变阻器的最大值R0,且实验要求的电压变化范围较大(或要求测量多组数据)时,必须采用分压接法。
第三,若采用限流接法,电路中实际电压(或电流)的最小值仍超过RL的额定值时,只能采用分压接法。
(二)下列情况可选用限流式接法
第一,测量时电路电流或电压没有要求从零开始连续调节,只是小范围内测量,且RL与R0接近或RL略小于R0,采用限流式接法。
第二,电源的放电电流或滑动变阻器的额定电流太小,不能满足分压式接法的要求时,采用限流式接法。
第三,没有很高的要求,仅从安全性和精确性角度分析两者均可采用时,可考虑安装简便和节能因素采用限流式接法。
滑动变阻器以何种接法接入电路,应遵循安全性、精确性、节能性、方便性原则综合考虑,灵活择取。