杂谈

滑动变阻器在初中物理占有极为重要的一席之地,被称为中考的八大基本器材(刻度尺、温度计、 量筒、天平、弹簧测力计、电流表、电压表、滑动变阻器)之一,是八大器材中唯一的非测量工具。
滑动变阻器在电路中到底起什么作用,学生往往不太容易把握。下面就滑动变阻器在电路中的作用结合实例进行讨论。
1、达到保护电路的目的
根据欧姆定律I=U/R知道,当电源电压一定时,电路的总电阻越小,电流就越大,电路中的某些元件如电流表就越有损坏的可能。因此,在伏安法测电阻、用电流表电压表测小灯泡的电功率等多个电学实验中,都配有滑动变阻器。教材反复强调,电路连接完毕闭合开关前,一定要将滑动变阻器在电路中的阻值调至最大。目的是为了尽可能增大电路的总电阻,使电路中的电流达到最小,从而达到保护电路的目的。如伏安法测电阻、用电流表和电压表测小灯泡的电功率等实验都利用了滑动变阻器保护电路的作用。
2、达到控制变量(控制电压不变)的目的
在九年级物理(沪粤版)上册的第十二章第2节《探究欧姆定律》中,欲探究电流与电阻及电压的关系,要采用控制变量法进行实验。在探究电流与电阻的关系时,应该控制电压不变。
有这样一道试题:
(07金华)某校兴趣小组同学想探究“一段电路中的电流跟电阻的关系”,设计了如下图甲所示 的电路图
(1)根据该兴趣小组设计的图甲电路图,把图乙的实物图连接完整。
(2)通过实验,该兴趣小组测得4组数据,如下表所示:其中第4次实验时电流表的指针位置如图丙所示,请把测得的电流数值填入表格中。
(3)在此探究实验过程中,当E、F两点间的电阻由4Ω更换为5Ω后,为了探究上述问题,你认为应该采取的操作是 。
A.闭合开关,读出电流表的读数
B.闭合开关,将变阻器的滑片适当向左移
C.改变电压表、电流表的量程
D.闭合开关,将变阻器的滑片适当向右移
(4)从该实验中你可得出什么结论? 。(用文字表述)
由于电流与电压、电阻都有关,因此,要完成这个探究实验,就必须采取控制变量的方法,即控制电压不变。基本步骤是这样的:
①断开开关按照电路图连接电路,将滑动变阻器在电路中的阻值调到最大;
——此步有利用开关的断开状态和滑动变阻的阻值最大状态保护电路的用意。
②闭合开关,调整滑动变阻器的滑片,使电压表的读数为2伏,读出电流表的示数;
③用阻值为5Ω的电阻替换4Ω的电阻,重新调整滑动变阻器的滑片,使电压表的读数为2伏,读出电流表的示数。
④替换电阻,重复第③步。
——②、③、④步有控制变量(定值电阻两端的电压保持2V不变)的意图。当电阻由4Ω换成5Ω时,电路中的总电阻变大,而电源电压U不变,根据欧姆定律I=U/R可知,电路中的电流变小,变阻器两端的电压U1也随之变小,又据串联电路电压的特点U=U1+U2知道,5Ω电阻两端的电压U2将超过原来4Ω电阻两端的电压即2V。根据上述分析道理,不难知道,只有将变阻器的阻值相应增大才能增大变阻器两端的电压,从而减小5Ω电阻两端的电压直到等于2V为止。所以,操作时应当将滑片向右移动,使变阻器在电路中的阻值增大。
3、达到改变电流大小的目的
在九年级物理(沪粤版)上册的第十五章第3节的《探究电磁铁的磁性》的教学中,有一探究实验——电磁铁磁性强弱与哪些因素有关。由于电磁铁磁性强弱与电流的大小及线圈的匝数有关,因此该实验必须要控制变量。当探究电磁铁磁性强弱与电流大小的关系时,应当控制电磁铁线圈的匝数不变,而改变线圈中电流的大小。在实验时,将线圈与滑动变阻串联,就可以达到通过改变变阻器在电路中的阻值而改变线圈中电流的目的。当然,由于线圈的电阻比较小,该变阻器仍然要承担保护电路的责任。
4、达到改变小灯泡的亮度的目的
在九年级物理(沪粤版)上册的第十一章第3节的《欧姆定律的应用》中有个“活动1测量小灯泡工作时的电阻”。实验要求用伏安法测出灯泡亮度由不亮到灯丝暗红、微弱发光及至正常发光时的电流与电压。这里整个过程的多次测量都依赖于调节电路中的滑动变阻器。通过改变滑动变阻器在电路中的电阻,使小灯泡的电流和电压相应发生改变,从而实际功率逐步增加,亮度逐渐变亮。
5、达到实现多次测量的目的
在用伏安法测量(定值)电阻实验中,用滑动变阻器来实现多次测量,以达到多次测量求平均值而减小误差的目的。
当然,这里的滑动变阻器也同样有改变电流、电压、保护电路等作用。
6、达到改变电压的目的
在九年级物理(沪粤版)下册的第十七章第4节的《怎样使用电器正常工作》中的“活动1观察小灯泡的亮度变化”和“活动2测算小灯泡的电功率”中,要求将灯泡两端的电压调到低于额定电压、等于额定电压、高于额定电压的三种数值,就是利用滑动变阻器来达到实验目的的。不难看出,这里也用滑动变阻器实现多次测量、保护电路等。
7、达到实现调整电压到指定值的目的
根据功率的公式P=UI知道,小灯泡的额定功率应该等于小灯泡的额定电压与额定电流的乘积。因此,用实验测小灯泡的额定功率时,必须要将小灯泡两端的实际电压调整到与额定电压的大小相等。这里仍然是利用滑动变阻器通过改变其在电路中的阻值来达到调整电压到指定值的目的。此处容易与控制变量这一目的相混淆。
综上所述,滑动变阻器在电路中的作用较多,尤其是在同一实验中,滑动变阻器的多种作用可能都会有所体现,但主要起什么作用,关键还得看实验目的,实验意图。