案例29分压电路与限流电路的分析
滑动变阻器是电学实验中常用的仪器，近几年高考电学设计性实验命题对其应用多次直接或渗透考查.如何选择滑动变阻器的接法设计控制电路仍是历届考生应考的难点.
●难点提出
1.（★）如图3-1所示，滑动变阻器电阻最大值为R，负载电阻R1=R，电源电动势为E,内阻不计.
（1）当K断开，滑动头c移动时，R1两端的电压范围是多少？
（2）当K接通，滑动头c移动时，R1两端的电压范围是多少？
（3）设R的长度ab=L,R上单位长度的电阻各处相同，a、c间长度为x，当K接通后，加在R1上的电压U1与x的关系如何？
2.（★★★）用伏安法测金属电阻Rx（约为5Ω）的值，已知电流表内阻为1Ω,量程为0.6A,电压表内阻为几kΩ，量程为3V，电源电动势为9V，滑动变阻器的阻值为0~6Ω，额定电流为5A，试画出测量Rx的原理图.
●案例探究
［例1］（★★★）用伏安法测量某一电阻Rx阻值，现有实验器材如下：待测电阻Rx（阻值约5Ω,额定功率为1W）；电流表A1（量程0~0.6A,内阻0.2Ω）;电流表A2（量程0~3A，内阻0.05Ω）;电压表V1（量程0~3V，内阻3kΩ）;电压表V2（量程0~15V，内阻15kΩ）;滑动变阻器R0（0~50Ω）,蓄电池（电动势为6V）、开关、导线.
为了较准确测量Rx阻值，电压表、电流表应选________，并画出实验电路图.
命题意图：考查正确选择实验仪器及据实验原理设计合理电路的实验能力.B级要求.
错解分析：没能据安全性、准确性原则选择A1和V1，忽视了节能、方便的原则，采用了变阻器的分压接法.
解题方法与技巧：由待测电阻Rx额定功率和阻值的大约值，可以计算待测电阻Rx的额定电压、额定电流的值约为
U=≈2.2V,I==0.45A.
则电流表应选A1，电压表应选V1.
又因=24.5Ω＞Rx，则电流表必须外接.因为滑动变阻器的全阻值大于被测电阻Rx，故首先考虑滑动变阻器的限流接法，若用限流接法，则被测电阻Rx上的最小电流为Imin==0.11A＜I额，故可用限流电路.电路如图3-2所示.
●锦囊妙计
一、滑动变阻器的限流接法与分压接法的特点
图4-3所示的两种电路中，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，通常把图12-3（a）电路称为限流接法，图12-3（b）电路称为分压接法.
负载RL上电压调节范围（忽略电源内阻） 负载RL上电流调节范围（忽略电源内阻） 相同条件下电路消耗的总功率 限流
接法 E≤UL≤E ≤IL≤ EIL 分压
接法 0≤UL≤E 0≤IL≤ E（IL+Iap） 比较 分压电路调节范围较大 分压电路调节范围较大 限流电路能耗较小 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＜RL时，IL主要取决于RL，特别是当R0<
二、滑动变阻器的限流接法与分压接法的选择方法
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.
1.下列三种情况必须选用分压式接法
（1）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.
（2）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.因为按图12-3（b）连接时，因RL>>R0＞Rap,所以RL与Rap的并联值R并≈Rap，而整个电路的总阻约为R0，那么RL两端电压UL=IR并=·Rap，显然UL∝Rap,且Rap越小，这种线性关系越好，电表的变化越平稳均匀，越便于观察和操作.
（3）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.
2.下列情况可选用限流式接法
（1）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.
（2）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.
（3）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.
●歼灭难点
1.（★）在如图所示3-4所示电路中，当变阻器R3的滑动头P向b端移动时
A.电压表示数变大，电流表示数变小
B.电压表示数变小，电流表示数变大
C.电压表示数变大，电流表示数变大
D.电压表示数变小，电流表示数变小
2.（★）如图35所示，当变阻器R2的触头P向右滑动时，有
A.电容器C内电场强度增大
B.电压表示数增大
C.R1上消耗的功率增大
D.电源输出的功率一定增大
3.（★★★）如图3-6所示电路中，电源电动势为E,内电阻为r,R1和R2为定值电阻，R3为可变电阻，当R3的滑动头P由a向b端滑动过程中，电压表V1、V2和电流表A1、A2的读数如何变化？
4.（★★）（1993年全国高考题）将量程为100μA的电流表改装成量程为1mA的电流表，并用一标准电流表与改装后的电流表串联，对它进行校准.校准时要求通过电流表的电流能从零连续调到1mA，试按实验要求画出电路图.
5.（★★★）如图3-7所示，电源电动势E=12V,内阻r=0.5Ω,R1=2Ω,R2=3Ω,滑动变阻器的总电阻R0=5Ω,试分析：在滑动片K从a端移至b端的过程中，电流表A的示数如何变化?
6.（★★★）用伏安法测量一个定值电阻的器材规格如下：待测电阻Rx（约100Ω）;直流电流表（量程0~10mA、内阻50Ω）;直流电压表（量程0~3V、内阻5kΩ）;直流电源（输出电压4V、内阻不计）；滑动变阻器（0~15Ω、允许最大电流1A）；开关1个，导线若干.根据器材的规格和实验要求画出实验电路图.
7.(05广东)竖直放置的一对平行金属板的左极板上用绝缘线悬挂了一个带正电的小球，将平行金属板按图所示的电路图连接。绝缘线与左极板的夹角为θ。当滑动变阻器R的滑片在a位置时，电流表的读数为I1，夹角为θ1；当滑片在b位置时，电流表的读数为I2，夹角为θ2，则
Ａ．θ1<θ2，I1
Ｂ．θ1>θ2，I1>I2
Ｃ．θ1=θ2，I1=I2
Ｄ．θ1<θ2，I1=I2
≤U1≤E（2）0≤U1≤E
（3）U1=IR并，R并=,I=得：U1=
2.如图4′—1
图4′—1
［歼灭难点］
1.B2.A、B
3.V1示数减小V2示数增加A1示数增大A2示数减小
4.如图4′—2
图4′—2图12′—3
5.电流表示数由大变小，然后由小变大.
6.用伏安法测量电阻有两种连接方式，即电流表的内接法和外接法，由于Rx＜，故电流表应采用外接法.在控制电路中，若采用变阻器的限流接法，当滑动变阻器阻值调至最大，通过负载的电流最小，Imin==24mA＞10mA,此时电流仍超过电流表的量程，故滑动变阻器必须采用分压接法.如图12′—3所示.
7.D
高中物理典型案例集锦太原市十二中姚维明
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图3-8
R
E
ab
θ
A
图3—4
图3-6
图3-5
图3-3
图3-2
图3-1
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