限流和分压电路的选取

图

3

图2

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所示的电流中变阻器起限流作用，待测电阻R x 的电压可调范围为

εε~R

R R x x +（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s 前一定要检查滑动触头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R x 的电压可调范围为0~ε（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R x 的输出电压为0，滑动触头p 向B 滑动过程，使待测电阻R x 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

若题目中明确要求电压从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12V 。

⑴按要求在实物图上连线（其中部分线路已连好）。

⑵其次测量时电流表的指针位置如下图（b ）所示，其读数为 A

5W ”的小灯泡其额定电流大约是I=

125

＜0.6A ，故安培表的量程

分析：对于“12V 、

应选0～0.6A 。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。

4所示 ⑵0.36A （或0.360）

实物连接图的画法，要先画出原理图，其中涉及的电学元件按实物图位置排放，便于实物连接。

图4 X R

图1

图

6 图

8

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，左部分电路为待测部分，阻值等效为X R 与滑动变阻器AP R 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X R ，则X R 与AP R 并联部分接近AP R 。此种情况已充分说明，主导因素仍取决于AP R 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X R 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（0～3A ，内阻约0.04Ω） B.毫安表（0～300mA ，内阻约4Ω） C.电压表（0～10V ，内阻10K Ω） D.电压表（0～3V ，内阻10K Ω）

E.电源（额定电压6V ，最大允许电流2A ）

F.电源（额定电压9V ，最大允许电流1A ）

G.可变电阻（阻值范围0～10Ω，额定电流1A ） H.可变电阻（阻值范围0～50Ω，额定功率0.5W ） I.导线若干根，电键一个。

⑴为使测量安全和尽可能准确，应选用的器材是 。（用字母代号填写） ⑵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。 分析：①表及内外解法的选取 小电珠的额定电流额I =U

P =

A 3

.61≈0.16A=16mA ＜300mA ，电流表应选B 。额U =6.3V ＜10V ，电压表选C ，

电源选F 。珠R =

1

3

.62

2

P U

Ω≈40Ω比10K Ω小得多，仅比毫安表内阻大10倍，故选用安培表外接法。

②滑动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=50

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A=0.18A ，而H 的额定电流

H I =

50

5

.0=0.1A ＜0.18A ，而G 的额定电流为1A ，故从安全性上考虑不宜选用H 。

由于40Ω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，

额I =63

10A ，具体操作时额I ≈0.16A 应体现在安培表上，故滑动变

阻器此时大约分压为滑U =9V －6.3V=2.7V 。故此时滑动变阻器调节的阻值R=

63

107.2≈17Ω＞10Ω，因此G 不可能用限流法，必须使

用分压式。

；⑵电路图如图7所示，实物连接如图8所示 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G 无法使用限流式，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X R ，则左半边电路的并联值，比待测电阻X R 还小，但接近X R ，R PB 与左半边并联值相比阻值很大，电压主要分配在R PB 上。由于左半边起主导作用的是X R ，而不是R AP 。故移动滑片P ，使X R 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X R 的阻值，现有实验器材如下： A.待测电阻X R ：范围在5—8Ω，额定功率1W B.电流表A 1：量程0—0.6A （内阻0.2Ω） C.电流表A 2：量程0—3A （内阻0.05Ω） D.电压表V 1：量程0—0.6A （内阻3K Ω） E.电流表V 1：量程0—0.6A （内阻15Ω） F.滑动变阻器R ：0—100Ω G.蓄电池：电动势12V H.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U m =V PR x 8=

≈2.8V ，

应选电压表V 1。额定电流I m =

A R P x

5

1=

≈0.45A ，应选电流表A 1，由

5.24=V A R R Ω＜R x 知，应选

外接法。

R=100Ω＞10R x 知，应选择限流式电路，其电路图如图9所示。

“分析”中计算I m 、U m 都是最大值，因此代入测电阻R x 时要注意5Ω和8Ω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，线路中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。 ⑵.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。而接近零欧姆处虽然刻度较稀，读数误差小，但乘上相应倍率，同样会使误差变大。

⑶.方便性原则

在实验能保证顺利进行的条件下，尽量考虑到操作方便易行。比如，对于那种高阻值滑动变阻器，尽管其额定电流值满足要求，但如果在实验中实际使用时只用到其中很少一部分线圈，不便于操作，就不宜选用。同时要注意到滑动变阻器的分压式电路的选择。

图9