僅采用Rx與R滑的大小比較來選擇供電電路行嗎？

李維兵

(南通高等師范學校 江蘇 南通 226100)

電學實驗是每年高考實驗考查的重點，其中供電電路中限流式和分壓式(圖1)的選擇一直困擾著學生，致使許多學生在考試時失分嚴重．因此，作為物理教學工作者，我們應該積極鉆研，探討影響供電電路選擇的因素，找出解決途徑，幫助學生攻克這一難關(guān)．

圖1

筆者曾見過一篇題為《伏安法的電路設(shè)計》[1]的論文，論文的作者對供電電路限流式和分壓式的選擇做了總結(jié)，他僅采用了待測電阻Rx與滑動變阻器R滑的比較來選擇電路，方法如下：

(1)當R滑?Rx時(通常情況下，R滑>10Rx)用限流式．

用分壓式．

筆者在電學實驗教學的過程中發(fā)現(xiàn)，文獻[1]作者對供電電路所總結(jié)的三點，在具體解題過程中并不都適用，僅采用待測電阻Rx與滑動變阻器R滑的大小比較來選擇電路具有一定的片面性．下面對此進行探討．

(1)舉例說明

【例題】用伏安法測某金屬的電阻(約40 Ω).已知電源電動勢為6 V，內(nèi)電阻約為0.05 Ω；電流表量程為50 mA，內(nèi)電阻為10 Ω；電壓表量程為3 V，內(nèi)電阻為6 kΩ；滑動變阻器阻值為0～200 Ω．請設(shè)計一個實驗方案并畫出電路圖．

解析：按文獻[1]作者思路解，因為

假設(shè)限流式：估算最小電流

其待測電阻最小電壓

Umin=IminRx=1 V

電流和電壓均沒有超過量程，應該接限流式．

假設(shè)分壓式：利用歐姆定律可以估算出滑動變阻器的滑片移到不同的位置時，電流表、電壓表所對應的值分別為

(1)

U=IR滑

(2)

數(shù)據(jù)分析計算如表1.

表1

從上面兩種方式分析可以看出：選用限流式時，電流表的范圍大約在24 ～50 mA之間,電壓表大約在1～2 V之間；而選用分壓式時，由表格中的估算可以看出，電流表范圍在0～50 mA,電壓表范圍在0～2 V之間．不難發(fā)現(xiàn)，采用分壓式時，電表讀數(shù)誤差更小，故分壓式更合理．因此在限流式和分壓式電路的選擇上，并不是僅僅采用待測電阻Rx與滑動變阻器R滑進行簡單比較就能下定論的．

實際上，在伏安法測電阻的實驗中，除了滑動變阻器會對供電電路的選擇有影響外，不同的電源、不同量程的電壓表、電流表也會對供電電路的選擇有影響．

(2)不同的電源對供電電路選擇的影響

如上面的例題，設(shè)其他條件均不改變，將電源電動勢改為3 V，請設(shè)計電路．

假設(shè)限流式: 估算最小電流

其待測電阻最小電壓

Umin=IminRx=0.48 V

電流和電壓均沒有超過量程，而且當電流表滿偏電流

Imax=50 mA

其待測電阻的最大電壓

Umax=ImaxRx=2.4 V

假設(shè)分壓式：利用上面(1)、(2)兩式可以估算待測電阻的電流和電壓．

數(shù)據(jù)分析計算如表2.

表2

從上面兩種方式分析可以看出：選用限流式時，電流表范圍在12 ～50 mA之間，電壓表的范圍在0.48～2.4 V之間；而選用分壓式時，電流表范圍大約在0～50 mA，電壓表的范圍大約在0～2 V，且滑動變阻器從零滑到140 Ω時，電壓僅在1 V以內(nèi)變化，故此時選限流式更好．

再如，設(shè)其他條件均不改變，將電源電動勢改為12 V，采用限流式，估算最小電流

接近滿偏，可知只能采用分壓式．可見，選擇不同的電源會影響供電電路的選擇．

(3)不同量程的電表對供電電路選擇的影響

如上述例題，設(shè)其他條件均不改變，將電流表量程改為100 mA，電壓表量程改為6 V，請設(shè)計電路．

假設(shè)限流式:估算最小電流

其待測電阻最小電壓

Umin=IminRx=1 V

當電流表滿偏電流

Imax=100 mA

其待測電阻的最大電壓

Umax=ImaxRx=4 V

其滑動變阻器此時電阻

R滑=0 Ω

假設(shè)分壓式：電流和電壓的變化如表1所示，從表1中可以看出，滑動變阻器的電阻R滑從0～180 Ω間，電壓的范圍基本集中在0～3 V之間，大約為滿偏的一半．

相比之下，此時選限流式更為合理．可見不同量程的電表會影響供電電路的選擇．

由此可見，在電學實驗設(shè)計電路的過程中，供電電路的選擇受到滑動變阻器、電源、電壓表、電流表等諸多因素的影響．因此，實驗設(shè)計靈活多變、難度大．雖然我們無法下定論來簡單的判斷，但可以通過估測判斷的方法，來解決這一難題．該過程分三步走，第一步根據(jù)待測電阻的大小估測電流表、電壓表的范圍來選合適的電表；第二步假設(shè)限流式，估算出電壓、電流的范圍，再假設(shè)分壓式，設(shè)滑動變阻器滑到一些位置(如表1所示)，估算出電壓、電流的范圍；第三步對上述估算進行比較，哪一種估算出來的電表的范圍與所選用的電表的量程更符合，就應該選哪一種連接方式．

總之，供電電路的選擇是靈活多變的，僅通過Rx與R滑的比較來選擇供電電路是不行的．我們只有估算判斷比較后，才能選出最合理的方式．

參考文獻

1 趙金平,伏安法的電路設(shè)計.中學物理教與學.2009(1)：18