限流與分壓 (2)

1、1、分壓與限流式的連接方法 待測(cè)電阻RX與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，使用時(shí)接滑杠的一端和電阻線圈的一端，如圖1所示通過改變滑片P的置，控制或 調(diào)節(jié)RX上的電流，滑動(dòng)變阻器起限流作用， 故此連接方式稱為限流式學(xué)生往往根據(jù)串聯(lián)分壓的知識(shí)容易誤認(rèn)為分壓式 待測(cè)電阻RX與滑動(dòng)變阻器的一部分電阻并聯(lián)，使用時(shí)接滑杠的一端和電阻線圈的兩端，如圖2所示通過改變滑片P的位置，可從滑動(dòng)變阻器兩端的總電壓上取不同的電壓值加在RX兩端，滑動(dòng)變阻器起分壓作用，故此連接方式為分壓式。學(xué)生往往根據(jù)并聯(lián)分流的知識(shí)容易誤認(rèn)為限流式。 2、分壓式與限流式的特點(diǎn) 21待測(cè)電阻上電壓的調(diào)節(jié)范圍不同 設(shè)電源的電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻不計(jì)在限流式連接中，

2、待測(cè)電阻RX上的電壓調(diào)節(jié)范圍為RXE(RX RM)E(RM為滑動(dòng)變阻器的最大阻值)在分壓式連接中，RX上的電壓調(diào)節(jié)范圍為0E可見分壓式連接中電壓調(diào)節(jié)范圍比限流式大 22變阻器消耗的功率不同 在分壓式連接中，變阻器消耗的功率大，因此在大功率電路中常用限流接法 23在分壓式與限流式連接電路中，會(huì)合上開關(guān)前，滑片P應(yīng)在適當(dāng)?shù)奈恢?，使待測(cè)電阻RX上的電壓和電流均為最小. 在分壓式連接中，合上開關(guān)前，滑片P應(yīng)在右（圖 1），可以使待測(cè)電阻RX上的電壓和電流均為零接線時(shí)，先將變阻器的全部線圈與電源串聯(lián)起來，然后將待測(cè)電阻與變阻器的滑桿并聯(lián)在限流式連接中，合上開關(guān)前，滑片P應(yīng)在右端（圖1），使滑動(dòng)變阻器所使

3、用的阻值最大，待測(cè)電阻的電壓和電流均為最小 3、分壓式與限流式的選擇 31當(dāng)需要在RX兩端從零開始測(cè)量電壓、電流（或兩端電壓、電流變化范圍足夠大）時(shí)采用分壓式 例 1（1993年全國高考26題）將量程為 的電流表改裝成量程為1mA電流表，并用一標(biāo)準(zhǔn)電流表與改裝后電流表串聯(lián)，對(duì)它進(jìn)行校準(zhǔn)（核對(duì)），改裝及校準(zhǔn)所用器材的實(shí)物如圖（圖略），校準(zhǔn)時(shí)要求，通過電流表的電流能從零連續(xù)調(diào)到lmA，試按實(shí)驗(yàn)要求在所給實(shí)物上連線 根據(jù)題目要求，此滑動(dòng)變阻器只能接成分壓電路，才能使電流從零連續(xù)地變化，達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求 例2（1991年上海高考四一（5）題）一電燈電阻為4R，試設(shè)計(jì)一個(gè)電路使電燈兩端電壓調(diào)節(jié)范圍盡可能大，

4、可用的器材為一個(gè)電動(dòng)勢(shì)為E內(nèi)阻為R3的電源，一個(gè)最大阻值為R的滑動(dòng)變阻器。一個(gè)電鍵、導(dǎo)線若干 （a）將設(shè)計(jì)的電路畫在下設(shè)虛線框內(nèi)（略） （b）電燈兩端的電壓可調(diào)范圍為_ （c）按設(shè)計(jì)的電路圖，將圖15（圖略）所示儀器用到導(dǎo)線連接起來 根據(jù)題目所給電壓條件，明確應(yīng)該采用分壓式連接 限流和分壓電路的選取在測(cè)量待測(cè)電阻以及電學(xué)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)類問題中，常常涉及到滑動(dòng)變阻器的分壓式或限流式接法，這類問題常常困繞著老師們的教與學(xué)生們的學(xué)。筆者在此問題上有一點(diǎn)粗淺的認(rèn)識(shí)，現(xiàn)提出來與同仁、專家們商榷。一、兩種接法圖11、限流式如圖1所示的電流中變阻器起限流作用，待測(cè)電阻Rx的電壓可調(diào)范圍為（電源內(nèi)阻不計(jì)）。在

5、合上開關(guān)前要使變阻器所使用的阻值最大，因此，在閉合開關(guān)s前一定要檢查滑動(dòng)觸頭p是否在B端。圖22、分壓式圖3如圖2所示的電路中變壓器起分壓作用，待測(cè)電阻Rx的電壓可調(diào)范圍為0（電源內(nèi)阻不計(jì)），顯然比限流時(shí)電壓調(diào)節(jié)范圍大。在合上開關(guān)s前滑動(dòng)觸頭p應(yīng)在A端，此時(shí)對(duì)Rx的輸出電壓為0，滑動(dòng)觸頭p向B滑動(dòng)過程，使待測(cè)電阻Rx的電壓、電流從最小開始變化。限流和分壓電路的選取，總的來說，應(yīng)從測(cè)量的要求和電路的調(diào)節(jié)兩個(gè)方面考慮。二、測(cè)量要求若題目中明確要求電壓從0開始測(cè)量，電路的連接一定用分壓式。例1：（1999廣東卷）用圖3中所給的實(shí)驗(yàn)器材測(cè)量一個(gè)“12V，5W”的小燈泡在不同電壓下的功率，其中電流表有3

6、A、0.6A兩檔，內(nèi)阻可忽略，電壓表有15V、3V兩檔，內(nèi)阻很大。測(cè)量時(shí)要求加在燈泡兩端的電壓可連續(xù)地從0V調(diào)到12V。按要求在實(shí)物圖上連線（其中部分線路已連好）。其次測(cè)量時(shí)電流表的指針位置如下圖（b）所示，其讀數(shù)為 A分析：對(duì)于“12V、5W”的小燈泡其額定電流大約是I=0.6A，故安培表的量程應(yīng)選00.6A。根據(jù)測(cè)量要求，電壓連續(xù)地從0V調(diào)到12V，應(yīng)接成分壓電路，而不應(yīng)接限流電路。又因?yàn)殡娏鞅韮?nèi)阻可忽略，電壓表內(nèi)阻很大，對(duì)電路無影響，電流表內(nèi)接或外接都可以。圖4答案：如圖4所示0.36A（或0.360）解法指導(dǎo) 實(shí)物連接圖的畫法，要先畫出原理圖，其中涉及的電學(xué)元件按實(shí)物圖位置排放，便于實(shí)

7、物連接。三、調(diào)節(jié)要求1、分壓式接法選用小阻值滑動(dòng)變阻器如圖5為安培表外接法分壓式連接圖。能否將滑動(dòng)變阻器用作分壓式，關(guān)鍵是待測(cè)電路部分是否較大影響分壓電路的分壓作用。外電路可看作由左右兩部分組成的，左部分電路為待測(cè)部分，阻值等效為與滑動(dòng)變阻器的并聯(lián)。根據(jù)并聯(lián)知識(shí)可知，并聯(lián)后的總阻值比最小的還小。若滑動(dòng)變阻器遠(yuǎn)小于待測(cè)電阻，則與并聯(lián)部分接近。此種情況已充分說明，主導(dǎo)因素仍取決于部分，故滑動(dòng)變阻器起到了較好的分壓作用。通過調(diào)整P達(dá)到了大幅度調(diào)節(jié)上電壓的作用。圖6例2：為了測(cè)定一個(gè)“6.3V、1W”的小電珠在額定電壓下較準(zhǔn)確的電阻值，可供選擇的器材有：A.電流表（03A，內(nèi)阻約0.04）B.毫安表（

8、0300mA，內(nèi)阻約4）C.電壓表（010V，內(nèi)阻10K）D.電壓表（03V，內(nèi)阻10K）E.電源（額定電壓6V，最大允許電流2A）F.電源（額定電壓9V，最大允許電流1A）G.可變電阻（阻值范圍010，額定電流1A）H.可變電阻（阻值范圍050，額定功率0.5W）I.導(dǎo)線若干根，電鍵一個(gè)。為使測(cè)量安全和盡可能準(zhǔn)確，應(yīng)選用的器材是 。（用字母代號(hào)填寫）在右邊虛線框內(nèi)畫出電路圖，并把圖6所示實(shí)物圖用線連接起來。分析：表及內(nèi)外解法的選取小電珠的額定電流=0.16A=16mA300mA，電流表應(yīng)選B。=6.3V10V，電壓表選C，電源選F。=40比10K小得多，僅比毫安表內(nèi)阻大10倍，故選用安培表外

9、接法?；瑒?dòng)變阻器及連接方法的選取將可變電阻H接到電源兩端，其上電流大若致為I=A=0.18A，而H的額定電流=0.1A0.18A，而G的額定電流為1A，故從安全性上考慮不宜選用H。由于40是可變電阻G的中值的8倍，故選用分壓式連接方式。若使用限流式，則在燈泡額定電壓下，=A，圖 8具體操作時(shí)0.16A應(yīng)體現(xiàn)在安培表上，故滑動(dòng)變阻器此時(shí)大約分壓為=9V6.3V=2.7V。故此時(shí)滑動(dòng)變阻器調(diào)節(jié)的阻值R=1710，因此G不可能用限流法，必須使用分壓式。答案：BCFGI；電路圖如圖7所示，實(shí)物連接如圖8所示解法指導(dǎo) 本題的關(guān)鍵是在“額定電壓下”較準(zhǔn)確測(cè)量這一要求使得變阻器G無法使用限流式，一般來說，若

10、待測(cè)電阻比滑動(dòng)變阻器阻值大得多時(shí)，一般采用分壓式。2、限流式接法對(duì)應(yīng)滑動(dòng)變阻器阻值較大如圖5所示，若滑動(dòng)變阻器阻值遠(yuǎn)大于待測(cè)電阻，則左半邊電路的并聯(lián)值，比待測(cè)電阻還小，但接近，RPB與左半邊并聯(lián)值相比阻值很大，電壓主要分配在RPB上。由于左半邊起主導(dǎo)作用的是，而不是RAP。故移動(dòng)滑片P，使上的電壓變化幅度很小，不便于調(diào)節(jié)。這種情況要用限流接法。例3：用伏安法測(cè)量某電阻的阻值，現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)器材如下：A.待測(cè)電阻：范圍在58，額定功率1WB.電流表A1：量程00.6A（內(nèi)阻0.2）C.電流表A2：量程03A（內(nèi)阻0.05）D.電壓表V1：量程00.6A（內(nèi)阻3K）E.電流表V1：量程00.6A（內(nèi)阻1

11、5）F.滑動(dòng)變阻器R：0100G.蓄電池：電動(dòng)勢(shì)12VH.導(dǎo)線，電鍵.為了較準(zhǔn)確的測(cè)量，并保證器材安全，電流表應(yīng)選 ，電壓表應(yīng)選 ，并畫出電路圖。分析：該題既要選擇線路結(jié)構(gòu)，又要選擇儀器。先確定測(cè)量電路，額定電壓Um=2.8V，應(yīng)選電壓表V1。額定電流Im=0.45A，應(yīng)選電流表A1，由圖9Rx知，應(yīng)選外接法。再確定控制電路，由R=10010Rx知，應(yīng)選擇限流式電路，其電路圖如圖9所示。解法指導(dǎo) “分析”中計(jì)算Im、Um都是最大值，因此代入測(cè)電阻Rx時(shí)要注意5和8的使用，不宜一味使用同一個(gè)數(shù)據(jù)。四、兩種接法選取的總的指導(dǎo)思想及選材原則1、一般情況要考慮限流式限流式電路連接簡易，且電路操作方便，

12、其電源內(nèi)耗少。由于分壓式的滑動(dòng)變阻器的阻值一般都較小，故干路電流強(qiáng)度大，電源的內(nèi)耗也大。限流式滑動(dòng)變阻器的阻值一般較大，故干路的電流強(qiáng)度小，電源內(nèi)耗相對(duì)小。從能量損失的角度看，實(shí)際電路的選取，應(yīng)優(yōu)先考慮限流式。但有特殊要求（明確要求電壓從0開始測(cè)量）和特殊情況下，必須選擇分壓式連接方式。2、選取器材的三條原則（1）安全性原則安全性要求選用的實(shí)驗(yàn)器件要能保證實(shí)驗(yàn)的正常運(yùn)行。比如，線路中的限流電阻必須滿足要求，確保電流不能超過允許值；通過電流表的電流或加在電壓表上的電壓均不能超過它們的量程；通過電源、滑動(dòng)變阻器的電流不能超過額定值。所有器件都必須符合實(shí)驗(yàn)要求。.準(zhǔn)確性原則要求誤差盡量小，精度盡量高

13、。比如實(shí)驗(yàn)原理不考慮電源和電流表的內(nèi)阻及電壓表的分流作用，就必須選用內(nèi)阻小的電流表及內(nèi)阻大的電壓表；電流表、電壓表在使用時(shí)，要盡可能地選用使指針接近滿刻度量程，這樣可以減小讀數(shù)的誤差，使用歐姆表時(shí)，宜選用指針在中間刻度附近的倍率檔位，因?yàn)楦咦柚祬^(qū)刻度密，電阻不易讀準(zhǔn)，誤差大。而接近零歐姆處雖然刻度較稀，讀數(shù)誤差小，但乘上相應(yīng)倍率，同樣會(huì)使誤差變大。.方便性原則在實(shí)驗(yàn)?zāi)鼙ＷC順利進(jìn)行的條件下，盡量考慮到操作方便易行。比如，對(duì)于那種高阻值滑動(dòng)變阻器，盡管其額定電流值滿足要求，但如果在實(shí)驗(yàn)中實(shí)際使用時(shí)只用到其中很少一部分線圈，不便于操作，就不宜選用。同時(shí)要注意到滑動(dòng)變阻器的分壓式電路的選擇。滑動(dòng)變阻器

14、的限流式和分壓式接法分壓式接法（一）滑動(dòng)變阻器在電路中的兩種接法：限流式接法 1通過改變變阻器電阻來改變電路中的電流，以控制電路中的電流限流式；如圖1所示，當(dāng)滑動(dòng)頭P從右端向左移動(dòng)過程，滑動(dòng)變阻器電阻逐漸減小，電路中的電流逐漸增大，變阻器起控制電路電流作用。注意：實(shí)驗(yàn)開始時(shí)應(yīng)使滑動(dòng)變阻器連入電路的電阻最大。2通過變阻器改變電阻來改變用電器兩端的電壓，起調(diào)壓器的作用分壓式。如圖2所示，電阻R與變阻器左邊電阻并聯(lián),用電器與左邊電阻的電壓相等，改變P的位置改變用電器R兩端電壓，實(shí)現(xiàn)調(diào)制電壓作用。（二）兩種電路的特點(diǎn)及選?。?1電壓和電流的調(diào)節(jié)范圍 限流式接法 電壓范圍：； 電流范圍：。（上式中：R為

15、用電器的電阻，Rp為滑動(dòng)變阻器的全電阻。）可見：限流電路的調(diào)節(jié)范圍與Rp有關(guān)。在電源電壓U和用電器電阻R一定時(shí)，Rp越大，用電器上電壓和電流的調(diào)節(jié)范圍也越大；當(dāng)Rp比R小得多時(shí)，用電器上的電壓和電流的調(diào)節(jié)范圍都很小。 分壓式接法 電壓范圍： ； 電流范圍：。 可見：分壓式接法的電壓和電流的調(diào)節(jié)范圍與滑動(dòng)變阻器Rp無關(guān)。 2兩種電路的比較：分壓電路的電流和電壓調(diào)節(jié)范圍都大于限流電路的調(diào)節(jié)范圍。 在電源滑動(dòng)變阻器和用電器一定的條件下，限流電路消耗的電能小于分壓電路消耗的電能。 3選擇原則： 由于限流式電路能節(jié)約能源，一般情況下優(yōu)先選擇限流式接法（以提高電路效率）。例：在如圖所示電路，已知U=5V，

16、通過變阻器AB連成分壓式電路向小燈泡L供電，電燈L上標(biāo)有“2.5V、25”字樣。求：為使小燈泡正常發(fā)光且上述電路的效率達(dá)到40%，應(yīng)如何選擇變阻器的額定電流和電阻值。變阻器如何連接才能使電路的效率達(dá)到最大？最大效率為多少？但在下列幾種情況下，必須選擇分壓式連接方式：當(dāng)滑動(dòng)變阻器全電阻遠(yuǎn)小于被測(cè)電阻時(shí)，且實(shí)驗(yàn)要求電壓（電流）的變化范圍較大；明確要求某部分電路的電壓從零開始變化；例：測(cè)定小燈泡的伏安特性曲線。若采用限流接法，電路中的最小電流仍超過用電器的額定電流。例：用伏安法測(cè)金屬電阻Rx（約為5）的值，已知電流表內(nèi)阻為1，量程為0.6A，電壓表內(nèi)阻為幾k，量程為3V，電源電動(dòng)勢(shì)為9V，滑動(dòng)變阻器的阻值為06，額定電流為5A，試畫出測(cè)量Rx的