例談滑動變阻器的兩種接法

1、本文格式為Word版，下載可任意編輯 例談滑動變阻器的兩種接法 例談滑動變阻器的兩種接法 在高考物理試驗題中，我們屢屢考察滑動變阻器的兩種接法分壓式與限流式。但雖屢屢考察，仍有好多學生出錯。為什么會出現這一現象？主要理由是學生沒有把握好兩種連接方式的特點及作用，遇到具體問題時不知道該如何連接。 一、限流式連接方式的特點 滑動變阻器用作限流時，其連接如圖1所示。它是把滑動變阻器串聯(lián)在電路中，用以操縱或調理電路中的電流。使用時，連接滑動變阻器的導線應分別接金屬桿一端和電阻線圈一端的接線柱。此電路中，待測電阻Rx兩端電壓的調理范圍約為ERx/（R+Rx）和E之間。 二、分壓式連接方式的特點 滑動變阻

2、器用作分壓時，其連接如圖2所示。它是從滑動變阻器上分出一部電壓在待測電阻上。其優(yōu)點是當它的滑動觸頭從a端向b端滑動時，待測電阻Rx上可分得從零開始連續(xù)變化的所需電壓（限流式不能），電壓的調理范圍是0和E之間，比用作限流時調理范圍要大。 三、兩種連接方式的選取 在負載電流要求一致的狀況下，限流電路中干路電流比分壓電路中的干路電流更小，所以限流電路中消耗的總功率較小，電源消耗的電能就較小，這說明限流具有節(jié)能的優(yōu)點。在實際電路設計時應視試驗要求靈活選取分壓電路或限流電路。 （一）分壓電路的選取 1若試驗要求某部分電路的電壓變化范圍較大，或要求某部分電路的電流或電壓從零開始連續(xù)可調，或要求多測幾組I、

3、U數據，則務必將滑動變阻器接成分壓電路。 例1 測定小燈泡“6V，3W的伏安特性曲線，要求試驗中燈泡兩端的電壓從零開始連續(xù)可調。供選擇的器材有：電壓表V1（量程6V，內阻20k），電流表A1（量程3A，內阻02），電流表A2（量程06A，內阻1），變阻器R1（ 0100，05A），變阻器R2（020，02A），學生電源E（68V）、開關及導線若干。選擇出符合試驗要求的試驗器材并設計出試驗電路。 分析：不管是從題中要求燈泡兩端電壓務必從零開始連續(xù)可調的角度考慮，從為了最終能較確切畫出伏安特性曲線務必多測幾組I、U數據的角度考慮，限流電路都難以滿足要求，因此務必采用分壓電路。試驗電路如圖3所示。

4、器材包括：電壓表V1、電流表A2、變阻器R2、電源、開關及導線。 若試驗中要用小阻值的滑動變阻器操縱大阻值負載，或者題中所給電源電動勢過大，盡管滑動變阻器阻值也較大，但總電流大于負載的額定電流值，或總電流大于接入電表的量程，此時的滑動變阻器也應接成分壓式電路；若負載電阻的額定電流不明了，為安全起見，一般也連成分壓電路。 例2為了較確切地用伏安法測定一只阻值大約是3k的電阻，備用的器材有：A直流電源，電壓12V，內阻不計；B電壓表，量程0315V，內阻10k；C電流表，量程0063A，內阻20；D毫安表，量程5mA，內阻200；E、滑動變阻器，阻值050； G、電鍵及導線若干。試設計出試驗電路。

5、 分析：此題中，由于待測電阻約為3k，而滑動變阻器操縱大阻值負載的狀況，因此應將滑動變阻器接成分壓電路，否則無法調理負載電阻兩端的電壓及通過負載電阻的電流的有效變化而造成較大的偶然誤差。設計電路如圖4所示（外接法及電表選取分析略）。 例3用伏安法測一個電阻Rx的阻值。提供器材有：待測電阻Rx（約5k）、電壓表（03V，內阻100k）、微安表（0500A，內阻100）、變阻器（020k）、穩(wěn)壓電源（輸出電壓15V）。試設計出試驗電路。 分析：若接成限流電路，電路中最小電流：I min=E/R=15/（5+20）103A=0610- 3A=600A，大于微安表的量程。因此，為了電路安全務必將變阻器

6、接成分壓電路，如圖2所示。 （二）限流電路的選取 1一般說來，題目若沒有特別的要求，由于限流電路具有節(jié)能的優(yōu)點，并且限流電路的連接較為簡便，則優(yōu)先采用限流接法。由圖1和圖2不難看出，若用電器正常工作，圖2電路中 的總電流必然大于圖1電路中的總電流，因而圖2分壓電路消耗的電功率較大。所以，為了能和電路連接的便利，尋常采用限流式接法。 2若題目中要用較大阻值的滑動變阻器操縱阻值較小的負載，在保證負載和電表安全的前提下，一般也將滑動變阻器接成限流電路。 例4在上述的圖2電路中，假如Rx較小，R較大，那么在P由a滑到b的過程中，由于Pa電阻與Rx并聯(lián)的電阻較接近Rx，因此在開始的很長一段距離上Rx上的

7、電壓變化較小，而在P接近b端時，因并聯(lián)值與P電阻迅速接近而使Rx上電壓發(fā)生突變（即突然增加），故此不易操縱，所以此種狀況下應把滑動變阻器接成限流電路。 可見，如若切實把握了分壓與限流接法的電路特點和電路選擇原則，有關滑動變阻器的連接問題就可迎刃而解。 帶電粒子在勻強磁場中的運動問題分析策略 帶電粒子在勻強磁場中受洛倫茲力做勻速圓周運動，根據這一特點該問題的解決方法一般為：一定圓心，二畫軌跡，三用幾何關系求半徑，四根據圓心角和周期關系確定運動時間。其中圓心確實定最為關鍵，一般方法為：已知入射方向和出射方向時，過入射點和出射點做垂直于速度方向的直線，兩條直線的交點就是圓弧軌跡的圓心。已知入射點位置

8、及入射時速度方向和出射點的位置時，可以通過入射點做入射方向的垂線，連接入射點和出射點，做其中垂線，這兩條垂線的交點就是圓弧軌跡的圓心。 以上方法簡單明白，但具體求解時，學生對其軌跡的變化想象不出來，從而導致錯解習題。如從以上方法出發(fā)，再借助圓規(guī)或硬幣從“動態(tài)圓角度分析，便可快而準的解決問題。此類試題可分為旋轉圓、縮放圓和平移圓三大類型，下面以2022年高考試題為例進行分析。 一、旋轉圓 模型特征 帶電粒子從某一點以大小不變而方向不限定（如0180范圍內）的速度射入勻強磁場中，這類問題都可以歸結為旋轉圓問題，把其軌跡連續(xù)起來觀測可認為是一個半徑不變的圓，根據速度方向的變化以出射點為旋轉軸在旋轉如

9、圖1。解題時使用圓規(guī)或硬幣都可以快捷畫出其軌跡，達到快速解答試題的目的。 典例解析 例1（2022全國1）如圖2，在0 xa區(qū)域內存在與xOy平面垂直的勻強磁場，磁感應強度的大小為B。在t0時刻，一位于坐標原點的粒子源在xOy平面內發(fā)射出大量同種帶電粒子，所有粒子的初速度大小一致，方向與y軸正方向的夾角分布在0180范圍內。已知沿y軸正方向發(fā)射的粒子在tt0時刻剛好從磁場邊界上P（a，a）點離開磁場。求： （1）粒子在磁場中做圓周運動的半徑R及粒子的比荷q/m； （2）此時刻仍在磁場中的粒子的初速度方向與y軸正方向夾角的取值范圍； （3）從粒子發(fā)射到全部粒子離開磁場所用的時間 動態(tài)分析；由題知

10、沿y軸正方向發(fā)射的粒子從磁場邊界上P(a，a)點離開磁場，利用圓規(guī)或硬幣可作出其軌跡圖像如圖3，由于粒子速度方向在0180范圍內，其它方向的軌跡可以通過旋轉第一個圓得到（O點為旋轉點），如圖4。從圖中可明顯發(fā)現第2問第3問所涉及的粒子軌跡所在位置，利用幾何關系便可解答此題。 解析：（1）初速度與y軸正方向平行的粒子在磁場中的運動軌跡如圖5中的弧所示圓心 為C。由題給條件可以得出OCP 此粒子飛出磁場所用的時間為t0設粒子運動速度的大小為v，半徑為R，由幾何關系可得由洛倫茲力公式和牛頓其次定律有，聯(lián)立 式，得 (2)依題意，同一時刻仍在磁場內的粒子到O點距離一致。在t0時刻仍在磁場中的粒子應位于

11、以O點為圓心、OP為半徑的弧上，如下圖。 設此時位于P、M、N三點的粒子的初速度分別為v P、v M、v N。由對稱性可知v P與OP、v M與OM、v N與ON的夾角均為/3。設v M、v N與y軸正向的夾角分別為M、N，由幾何關 系有MN，對于所有此時仍在磁場中的粒子，其初速度與y軸正方向所 成的夾角應滿足 (3)在磁場中飛行時間最長的粒子的運動軌跡應與磁場右邊界相切，其軌跡如圖6所示。由幾何關系可知，由對稱性可知，?，從粒子發(fā)射到全部粒子飛出磁場所用的時間t m2t0 ? 跟蹤練習 1（2022新課標）如圖7所示，在0 xa、0y范圍內垂直于xOy平面向外的勻強磁場，磁感應強度大小為B。

12、坐標原點O處有一個粒子源，在某時刻發(fā)射大量質量為m、電荷量為q 的帶正電粒子，它們的速度大小一致，速度方向均在xOy平面內，與y軸正方向的夾角分布在090范圍內。已知粒子在磁場中做圓周運動的半徑介于a/2到a之間，從發(fā)射粒子到粒子全部離開磁場經歷的時間恰好為粒子在磁場中做圓周運動周期的四分之一。結果離開磁場的粒子從粒子源射出時的 （1）速度的大??； （2）速度方向與y軸正方向夾角的正弦。 答案： 二、縮放圓 模型特征 帶電粒子從某一點以速度方向不變而大小在改變（或質量改變）射入勻強磁場，在勻強磁場中做半徑不斷變化的勻速圓周運動。把其軌跡連續(xù)起來觀測，好比一個與入射點相切并在放大（速度或質量漸漸

13、增大時）或縮小（速度或質量漸漸減小時）的運動圓，如圖8。解題時借助圓規(guī)多畫出幾個半徑不同的圓，可便利發(fā)現粒子軌跡特點，達到快速解題的目的。 典例解析 例2（2022廣東）如圖10（a）所示，左為某同學設想的粒子速度選擇裝置，由水平轉軸及兩個薄盤N1、N2構成，兩盤面平行且與轉軸垂直，相距為L，盤上各開一狹縫，兩狹縫夾角可調(如圖10（b）；右為水平放置的長為d的感光板，板的正上方有一勻強磁場，方向垂直紙面向外，磁感應強度為B。一小束速度不同、帶正電的粒子沿水平方向射入N1，能 通過N2的粒子經O點垂直進入磁場。O到感光板的距離為，粒子電荷量為q，質量為m，不計重力。 （1）若兩狹縫平行且盤靜止，如圖9（c），某一粒子進入磁場后，豎直向下打在感光板中心點M上，求該粒子在磁場中運動的時間t； （2）若兩狹縫夾角為0，盤勻速轉動，轉動方向如圖9（b）。要使穿過N1、N2的粒子均打到感光板P1