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  在高中新课程的物理实验中,电学的分组实验有5个,其中有3个均需要用到滑动变阻器,它是电学中的基本仪器,要求要熟练掌握。但是在实际教学中发现,学生对其掌握得并不好,做起电学的实验来总是不得要领,模棱两可,在高考中电学实验的得分率也较低。原因有多方面,有的是导向问题。例如,有的老师历来重视计算题的训练,而对实验不够重视,甚至用实验视频来代替动手实验。有的是方法问题。例如指导和复习不得法,就题讲题,而学生并没有真正理解其本质。新课程中的一大亮点是要提高学生的实验和探究能力,这一思想也在高考中得到体现。电学实验是高考的重要考查内容,能否熟练掌握滑动变阻器的使用,是整个实验电路的核心。我们老师有必要转变观念,注重对学生实验能力的培养,这样不仅对学生动手能力的提高有帮助,而且是提升学生科学素养的重要方法。
  在此,就滑动变阻器的两种控制电路的选择进行讨论。中学阶段,滑动变阻器一般和电源按一定的连接方式组成供电电路,为待测元件供电,其连接方式有两种:“限流式”和“分压式”。如图:
  两种方式各有优点和缺点。在不同条件下,使用效果大不一样,若使用不当,可能导致操作上的不便,或给实验带来较大的误差,甚至造成仪器的损坏。“限流式”的优点是连接简单,耗电较少,缺点是待测元件两端电压可调范围较小;“分压式”的优点是待测元件两端电压的调节范围较大,可从零开始连续可调,缺点是连接较复杂,耗电较大。
  通常可以归纳为在三种情况下要使用“分压式”接法。
  第一,实验本身有要求待测元件两端电压要从零开始的。如实验“描绘小灯泡的伏安特性曲线”,要画出完整的伏安特性曲线,电压和电流就需要从零开始连续可调。又如:某物理兴趣小组的同学想探究一种热敏电阻的温度特性,或某研究性学习小组为了研究一电器元件两端的电压和通过它的电流的关系等此类题目,均含有要求电压从零调起的要求,因此滑动变阻器要用“分压式”接法。
  第二,为实验提供的滑动变阻器的阻值比待测元件的电阻小得多。这种情况如果把滑动变阻器接成“限流式”接法,则无法取得理想的实验数据。例如,某待测电阻阻值约为100Ω,滑动变阻器的最大阻值为10Ω,电源电压为3V,内阻不计。如果用“限流式”接法,则调节滑动变阻器,待测电阻两端电压只能在3V~约2.7V之间取得,这样不仅不便于获得合理的实验数据,也不利于减小实验误差。因此,应把滑动变阻器接成“分压式”,这样待测电阻两端电压可在3V~0V间取得。
  第三,虽然提供的滑动变阻器的阻值没有问题,但是电流表或电压表的量程太小,或元件允许通过的最大电流值较小。此类问题也不宜接成“限流式”,否则可能会超出电表量程,损坏电表和元件。例如:某待测电阻阻值约为5Ω,滑动变阻器的最大阻值为10Ω,电源电压1.5V,内阻不计,电流表A1的量程500uA,内阻等于750Ω,电流表A2量程100mA,内阻约为10Ω,请设计电路测量待测电阻阻值。这道题乍一看滑动变阻器总阻值大于待测电阻阻值,应该可以接成“限流式”,因题中没有提供电压表,只能把A1当成电压表使用,其量程只有不到0.4V,如果滑动变阻器接成“限流式”,则待测电阻两端电压在1.5V~0.5V之间,已经超出电表A1量程,将损坏电表。因此,只能接成“分压式”,以保证待测电阻两端电压在约0.4V~0之间,电流表A2也安全得多。
  那么,在什么情况下滑动变阻器应采用“限流式”接法呢?
  第一,待测元件的电阻小于滑动变阻器的总电阻,或两者相差不多,且电压、电流的变化不要求从零调起的。例如:某待测电阻约为10Ω,滑动变阻器总电阻100Ω,电源电压3V,内阻不计。如果接成“分压式”,虽然理论上,待测电阻两端电压在0~3V之间可调。但实际操作上,当变阻器与待测电阻并联部分的阻值连续从零调到90Ω的过程中,待测电阻两端电压约在0~1.5V之间,在变阻器继续向外调节10Ω的过程中,待测电阻两端电压迅速从1.5V到达3V,这样不便于变阻器的操作和实验数据的取得。如果接成“限流式”,则较为理想。因为此时待测电阻两端电压可在约0.27V~3V之间,电压可调范围较大,而且变阻器也便于操作。
  第二,在两种电路均可使用的情况下,应优先采用“限流式”接法。理由是“限流式”可省一个耗电支路,电路总功率较小,较省电,而且在实物图连接中只需要连接变阻器“一上、一下”两个接线柱,电路较为简单。
  最后,在一定要选择“分压式”电路时,如果滑动变阻器有阻值大的和阻值小的可供选择的话,则应选择阻值小的,这样便于滑动变阻器的调节,理由上面已有阐述。
  我们相信,只要充分重视,积极钻研,善于总结,老师的指导和示范作用一定能帮助学生克服不爱做实验和畏惧实验题的思想,达成我们的预期目标。
  (责任编辑:陈巧云)

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