限流和分压电路的选取

1、限流和分压电路的选取在测量待测电阻以及电学实验的创新设计类问题中，常常涉及到滑动变阻器的分压式或限流式接法，这类问题常常困绕着老师们的教与学生们的学。笔者在此问题上有一点粗浅的认 识，现提出来与同仁、专家们商榷。一、两种接法1、限流式如图1所示的电流屮变阻器起限流作用，待测电阻Rx的电压可调范围为S前一（电源内阻不计）。在合上开关前要使变阻器所使用的阻值最大，因此，在闭合开关定要检查滑动触头p是否在B端。2、分压式如图2所示的电路中变压器起分压作用，待测电阻Rx的电压可调范围为0£ （电源内阻不计），显然比限流时电压调节 范围大。在合上开关s前滑动触头p应在A端，此时对Rx的输出电

2、压为0,滑动触头p向B滑动过程，使待测电阻Rx的电压、电流从 最小开始变化。限流和分压电路的选取，总的来说，应从测量的要求和电路的 调节两个方面考虑。二、测量要求若题目屮明确要求电压从 0开始测量，电路的连 接一定用分压式。例1：（ 1999广东卷）用图3中所给的实验器材测量一个“ 12V , 5W ”的小灯泡在不同电压下的功率，其中 电流表有3A 0.6A两档，内阻可忽略，电压表有 15V、3V两档，内阻很大。测量时要求加在灯泡两端 的电压可连续地从 0V调到12Vo按要求在实物图上连线（其中部分线路已连好）。其次测量时电流表的指针位置如下图（b）所示，其读数为A3分析：对于“ 12V、5W

3、”的小灯泡其额定电流大约是1= 一 V0.6A,12故安培表的量程应选 00.6Ao根据测量要求，电压连续地从 0V调到12V,应接成分压电路，而不应接限流电路。又因为电流表内阻可忽略，电压表内阻很大，对电路无影响，电流表内接或外接都可以。答案：如图4所示 （2） 0.36A （或0.360）解法指导陕物连接图的画法，要先画岀原理图，其屮涉及 的电学元件按实物图位置排放，便于实物连接。三、调节要求1、分压式接法选用小阻值滑动变阻器如图5为安培表外接法分压式连接图。能否将滑动变阻 器用作分压式，关键是待测电路部分是否较大影响分压图4电路的分压作用。外电路可看作由左右两部分组成的，左部分电路为待测

4、部分，阻值等效为Rx与滑动变阻器Rap的并联。根据并联知识可知，并联后的总阻值比最小的还小。若滑动变阻器远小于待测电阻Rx ,则Rx与Rap并联部分接近Rap。此种情况已充分说明,主导因素仍取决于Rap部分，故滑动变阻器起到了较好的分压作用。通过调整P达到了大幅度调节 Rx上电压的作用。例2：为了测定一个“ 6.3V、1W ”的小电珠在额定电压下较准确的电阻值，可供选择的器材有：A. 电流表（03A ,内阻约0.04 Q ）B. 毫安表（0300mA ,内阻约4Q）C. 电压表（010V ,内阻10K Q ）D. 电压表（03V ,内阻10K Q ）E. 电源（额定电压 6V,最大允许电流2A

5、 ）F. 电源（额定电压9V ,最大允许电流1A）G. 可变电阻（阻值范围010Q ,额定电流1A）图6H.可变电阻（阻值范围050Q ,额定功率0.5W ）I.导线若干根，电键一个。为使测量安全和尽 可能准确，应选用的器材是O （用字母代号填写）在右边虚线框内画出电路图，并把图6所示实物图用线连接起来。电流表应选Bo U额二6.3V <分析:表及内外解法的选取 ，P小电珠的额定电流I额二一=U1A 0.16A=16mA < 300mA ,6.310V ,电压表选C,电源选FoU9R珠=-6t52 Q 40Q比10K Q小得多，仅比毫安表内阻P 1大10倍，故选用安培表外接法。滑动

6、变阻器及连接方法的选取将可变电阻 H接到电源两端，其上电流大若致为I丄S8A,而H的额定电流50JO75lH= f=0.1A<0.18A,而G的额定电流为1A,故从安全性上 ''50考虑不宜选用H。由于40Q是可变电阻G的中值的 8倍，故选用分压式连接方式。若使用限流式，则在灯泡额定电压下，I 额二 63 A ,图8具体操作时I额=0.16A应体现在安培表上，故滑动变阻器此时大约分压为 U淆=9V -6.3V=2.7V o故此时滑2.7动变阻器调节的阻值 R= 17Q >10Q ,因此G_1063不可能用限流法，必须使用分压式。答案：BCFGI； （2）电路图如图7

7、所示，实物连接如 图8所示G无法使用限解法指导本题的关键是在“额定电压下”较准确测量这一要求使得变阻器流式，一般来说，若待测电阻比滑动变阻器阻值大得多时，一-般采用分压式。2、限流式接法对应滑动变阻器阻值较大如图5所示，若滑动变阻器阻值远大于待测电阻Rx，则左半边电路的并联值，比待测电阻Rx还小，但接近Rx , Rpb与左半边并联值相比阻值很大，电压主要分配在 RPB上。由于左半边起主导作用的是 Rx ，而不是Rap o故移动滑片P,使Rx上的电压变化幅度很小, 不便于调节。这种情况要用限流接法。例3：用伏安法测量某电阻 Rx的阻值，现有实验器材如下：A. 待测电阻RX :范围在58Q ,额定

8、功率1WB. 电流表A1：量程00.6A （内阻0.2 Q）C. 电流表A2：量程03A （内阻0.05 Q ）D. 电压表Vi：量程00.6A （内阻3K Q ）E. 电流表V1：量程00.6A （内阻15 Q ）F. 滑动变阻器R： 0 100 QG. 蓄电池：电动势12VH. 导线，电键.为了较准确的测量，并保证器材安全，电流表应选 ., 电压表应选 , 并画 出电路图。分析:该题既要选择线路结构，又要选择仪器。先确定测量电路，额定电压a 2.8V ,应选电压表V 1。额定电流A0.45A ,应选电流表A1,由(RaRv=245 Q <Rx知，应选外接法。再确定控制电路， 由R=1

9、00Q > lORx知，应选择限流式电路，其电路图如图9所示。解法指导I “分析”中计算Im、Um都是最大值，因此代入测电阻Rx时要注意5Q和8Q的使用，不宜一味使用同一个数据。四、两种接法选取的总的指导思想及选材原则1、一般情况要考虑限流式限流式电路连接简易， 且电路操作方便， 其电源内耗少。由于分压式的滑动变阻器的阻值一般都较小，故干路电流强度大，电源的内耗也大。限流式滑动变阻器的阻值一般较大，故干路的电流强度小，电源内耗相对小。从能量损失的角度看，实际电路的选取，应优先考虑限流式。但有特殊要求(明确要求电压从0开始测量)和特殊情况下，必须选择分压式连接方式。2、选取器材的三条原则(1) 安全性原则安全性要求选用的实验器件要能保证实验的正常运行。比如，线路屮的限流电阻必须满足要求，确保电流不能超过允许值；通过电流表的电流或加在电压表上的电压均不能超过它们的量程；通过电源、滑动变阻器的电流不能超过额定值。所有器件都必须符合实验要求。(2) .准确性原则要求误差尽量小，精度尽量高。比如实验原理不考虑电源和电流表的内阻及电压表的分流作用，就必须选用内阻小的电流表及内阻大的电压表；电流表、电压表在使用时，要尽可能地选用使指针接近满刻度量程，这样可以减小读数的误差，使用欧姆表时，宜选用指针在中间刻度附近的倍率档位，因为高阻值区刻度密，电阻不易读准，误差大。而接近零