我们知道导体之所以能够导电是因为导体内部有可以自由移动的电子或者离子,当给导体两端加上电压时,这些自由电荷就会发生定向移动,形成电流。
但是每个导体的导电性能也是不一样的,这主要体现在导体对电流的阻碍作用上,有的导体对电流的阻碍作用很小,比较容易导电,比如金、银;有的导体对电流的阻碍作用较大,不容易导电,比如陶瓷、玻璃等。
这种对电流的阻碍作用在物理中就叫做电阻。
电阻可以分为定值电阻与变阻器,滑动变阻器就是变阻器的一种。滑动变阻器因其阻值可以连续条件,因此在电路中应用广泛,我们可以把它串联在电路中去改变电流,调节用电器两端的电压。因此大量的电路计算题、实验题都会涉及滑动变阻器的调节作用。到了高中之后,我们会学习闭合电路的欧姆定律,会学到滑动变阻器的分压式接法,可见滑动变阻器贯穿了初高中物理电学知识,所以掌握滑动变阻器的工作原理是学好物理电学的关键。
滑动变阻器的工作原理
滑动变阻器是通过改变接入电路中电阻丝的长度来改变电阻值的。
滑动变阻器的结构很简单,上面是金属杆,下面是电阻丝,金属杆与电阻丝间通过滑片连在一起,有四个接线柱,但是在实际工作中我们只需要连接两个,而且要一上一下的接。
什么叫接入电路中的电阻丝的长度?
其实就是有电流通过的电阻丝。我们知道滑动变阻器有四个接线柱,如果只接上面两个,是把金属杆接入电路,电阻不会经过电阻丝,这时接入的电阻是零;如果只接下面两个接线柱,电流会通过整个电阻丝,滑片移动不起作用,这时相当于接了一个定值电阻。所以我们要想改变电路中的电流和电压必须要一上一下的接,起作用的电阻就是滑片P到所接下面接线柱这一段。
滑动变阻器在欧姆定律探究实验中的作用
滑动变阻器可以起到保护电路的作用。在连接好电路闭合开关前,滑动变阻器要调节到阻值最大的位置,以保护电路。
在探究电流与电压关系时,通过调节滑动变阻器来改变电路中的电流及定值电阻两端的电压,得到多组数据,从而得出普遍规律,即电阻一定时,电流与电压成正比。
在探究电流与电阻关系时,通过调节滑动变阻器来控制定值电阻两端电压保持不变,定值电阻换成大电阻,滑动变阻器的阻值也要跟着调大,同样得到多组数据,从而得出结论:电压一定时,电流与电阻成反比。
有关滑动变阻器的电路安全问题
也就是电路动态计算。我们知道电路中电流表与电压表都有各自的量程,某些电路元件也有自己的额定值,所以当滑动变阻阻值改变时,电路中的电流和电压也会跟着改变,但是不允许超过电表的量程,也不可以超过某些元件的额定电流与额定电压,因为滑动变阻器只能在一个范围内调节,因此涉及到的一系列的计算问题是初中物理电学的难点。
伏安法测电阻中滑动变阻器的作用
伏安法测电阻就是用电流表和电压表测电阻,但是要使最终结果更准确,我们是需要获得多组数据求平均值的,因此滑动变阻器可以实现多次试验。
测小灯泡额定功率时用到滑动变阻器
小灯泡的额定功率是指在额定电压下工作时的功率,因此实验中我们要让灯泡两端的电压达到额定值,这就需要滑动变阻器了,通过调节滑动变阻器的阻值,从而调节灯泡两端的电压达到额定电压。
滑动变阻器贯穿着整个电学,因此掌握滑动变阻的工作原理是学好电学的关键。