阐述滑线器选择和连接

在电学涉及电路的问题往往都要用到滑线器。滑线器在电路结构只是一个辅助元件，但它的作用却很大。由于要求不同，对滑线器阻值大小的选择和连接的方法又往往不同，所以在电路，尤其在电学实验，滑线器的选择与连接是学生头疼的问题之一。为此，本文从分析滑线器原理出发，揭示滑线器在各种接法变化规律，并就滑线器应用过程的注意问题提出自己的看法。

一、滑线器原理

学生学了《定律》之后，知道了如何来改变的方法。根据定律：R=ρL/S。金属导体的，由材料的率（ρ），导线长度（L）及导线横截面（S）三者共同决定。

滑线器是由绝缘的金属丝均匀、紧密地绕在绝缘的圆柱形瓷管上，利用滑动片的移动改变接触点，从而改变接入电路丝的长度达到的目的。在实验器连接错误率是较高的，学生经常会接错实物连线图滑线器的接线柱。器上只有三个接线柱，底部两个接线柱连接的是器的值，它通过横梁上的接线柱来改变接入电路的阻值。某些教师会说接在横杆上任一点阻值都一样，这样容易让学生产生误解，在连接实物图的时候，他们错把线直接接在触片上。为了避免这种错误，我觉得，有条件的学校可以让学生动手做一做滑线器，或者可以拆一只滑线器，让学生观察并理解滑线器的结构，能把实物与符号对应，让学生体会触片上是不能接线的。

实验室学生常用到的滑线器有“200Ω，1.5A”“50Ω，1.5A”“20Ω，2A”“10Ω，2A”、 “5Ω，3A”等5种，演示实验还有“2000Ω，2A”这种型号的器。为了有利于操作，滑线器触头移动范围不能做的太小，所以阻值小的器，丝短而粗，绕的圆柱体直径较小；阻值大的器，丝长而细，绕的圆柱体直径也较大。

实验室阻值的滑线器触头能移动长度约是阻值的滑线器的4倍，而阻值约是它的40倍，圆柱体直径则约是它的2倍。若是同种材料制成的丝，设材料率为ρ，圆柱的半径为r，丝的半径为ro，△L 为一匝丝的长度，丝绕在圆柱体上滑动触片的移动范围长为L，那么当器阻值变化时，至少变化一匝丝的阻值，所以说滑线器的变化并非连续的。设变化值为△R，则
△R=ρ△L/S=ρ2πr/πro2=2ρr/ro2，R=ρ■2πr/πro2=ρLr/ro3因此阻值大的△R也大。

二、滑线器的应用

1、器的粗调和细调

①接法：两个不同阻值的滑线器与负载起来。

两个滑线器因为，电路电流相同，滑线器变化量值△R，即每移动一匝的变化量，改变的电压大小为△U=I△R，所以阻值大的器为粗调，阻值小的器为细调。

②：

从粗调和细调看：器两端的电压确定时，通过器上的滑动片移动来改变用电器上分到的电压，一般情况下材料一定时，大些的器匝数多，移动一匝改变的电压就越小，所以阻值大的滑线器为细调。如果是不同材料，那么只看匝数的多少，匝数多的就为细调，而匝数少的为粗调。

从操作角度看：滑线器的分压接法，实际上是器R1的右部分比另一滑线器和负载如图接法后的小的多，则后的总接近器R1右部分的阻值，基本上可以看成器上两部分分压，电压变化均匀，操作方便，由此可见，R1应该是阻值较小的，R2是阻值较大的。操作时先粗调方便，再细调精确。

2、器接法的选择

①限流接法，器R与负载R器，电源电动势为E，内阻为r，移动触片负载上电压变化范围：

■R■≤U≤■R■
负载上电流变化范围

■≤I≤■

要求电压变化范围不是很大，特别不要求从零开始，测得的数据不需要足够的多，这时应采用限流接法。例如利用伏安法测，测电源的电动势和内阻。由于限流电路能耗小，结构连接简单。在满足安全条件的情况下，优先考虑。此外，在具体测量还要求电表有较大的偏转，表头指针偏转大于满偏的1/3，以提高测量的精确度。

②分压接法，即负载与器的一部分，移动触片，负载上电压变化范围0≤U≤Umax，电流变化范围0≤I≤■。

分压接法一般用在要求电压变化范围较大的电路，特别是要求用电器电压从零开始连续变化情况，研究规律、特性等。例如研究小灯泡的伏安特性曲线，小灯泡不同电压情况下的电功率变化情况等。如果伏安法测实验，所用的器阻值远小于待测的阻值，采用限流接法时，即使器触头从一端滑至另一端，测得的电流（压）变化很小，这不利于用多次测量求平均值或用图像法处理数据。为了在这种情况下能较大范围地调节待测上的电流（压）应选择器分压接法。如果实验所提供的电压表，电流表量程或元件电流很小，采用限流接法时无论怎样调节，电路实际电流（压）都会超过电表或元件允许的电流（压）。为了保护电表或元件必须要采用分压接法。

3、器阻值的选择

器是辅助器材，根据实验要求，一是要考虑保护电路所有器材安全；二是能改变，从而改变所测的电压和电流；三是数据要精确，在改变而测得的电压和电流，一般要求各表的实际读数不小于量程的1/3，目的是减小偶然误差；四是操作尽量简便，被测电压（流）随器触头滑动而均匀改变为佳。

①作为限流，滑线器R1 与负载R2 。

a、令R1=10Ω，R2=10Ω，不计内阻的电源电动势为E=3V，那么当R1由零逐渐增大的过程，电压表的读数U（即R2两端的电压）变化情况如图2所示。

b、令R1=100Ω，R2=10Ω，不计内阻的电源电动势为E=3V，那么当R1由零逐渐增大的过程，电压表的读数U（即R2两端的电压）变化情况如图3所示。（图略） 从图表我们可以看到：当R1=R2时，器改变过程负载上电压从1.5V到3V，变化较均匀，操作方便。当R1=10R2时，器改变过程负载上电压从0.27V<UR<3V，但变化极不均匀，3V量程的电压表读数在1V到3V相对误差较小，这样滑线器上移动的有效范围还不到2/10，如果阻值越大，有效利用范围将更小，操作不方便，所以限流并不是越大越好。当R2≤R1≤2R2左右时，移动滑线器触片电压变化较均匀，同时电表的偏角较大，偶然误差较小， 操作方便。

②分压器的选择：设器的为R1，用电器的为R2，部分（bc部分）为Rx，bc部分的电压为：Ux=■

a、在图令R1=200Ω，R2=5Ω，U=1V，则电压

Ux=■的变化情况如图5所示。

b、在图令R1=7Ω，R2=200Ω，U=1V，则电压Ux=■的变化情况我们可以看到：当R2>R1时， Ux=■R■电压变化均匀，操作方便，但要求滑线器额定电流较大。当R1<R2时，U■=■在RX变化范围0到180Ω基本上没有明显变化；在180Ω到195Ω非线性变化；在195Ω到200Ω接近线性变化。有效利用率大约在1/40范围，给操作带来不便，所以分压通常取阻值较小的滑线器。

例：有一Rx，其阻值大约在40Ω-50Ω之间，要求进一步测定其阻值，手边现有下列器材：

电池组E=9V，内阻大约为0.5Ω 电压表V1 量程0-10V，内阻20kΩ

电流表A1 量程0-50mA，内阻约为20Ω 电流表A2 量程0-300mA，内阻约为4Ω

滑线器R1 阻值范围0-100Ω，额定电流1A 电键k

滑线器R2 阻值范围0-1700Ω，额定电流0.3A 若干连接导线

实验要求多测几组电流、电压值，画出电流-电压关系图。为了实验能正常进行并减小测量误差，而且要求滑线器便于调节，画出实验原理图，应选电流表和滑线器。

分析和解答：

①电流表的选择先估算电路可能达到的电流Im=■=0.14A，已超过A1表的量程。使用A2表 Im'=■=0.18A，未超过A2表的量程，为遵循安全性原则，应选择电流表A2。

②电路的选择（安培表内接还是外接）；

■=■≈11;■>■所以遵循准确性原则，应选择电流表外接法。

③滑线器选择

先选择限流（结构简单原则），选R1时Imin=■≈0.06A，电流范围为0.06A-0.18A。A2表的读数100mA-300 mA在误差较小，所以实际读数取100mA-180mA范围内。R1=■-(R■+R■)≈90-（40+4）≈46， 0≤R'1≤46Ω，其利用率为46/100=46%。同理若选R2利用率只有46/1700=2.8%，遵循方便性原则应选择R1。电路如图7（图略）：

若选择分压A2读数取100mA-180mA范围，电压变化在5V-9V，Rx=63Ω，所以有效长度■=37%<46%，且变化不均匀，不方便，所以应选用限流。

由此可见，滑线器的选择，必须同时考虑问题电流表或电压表量程，读数的精度，器实际有效调节长度，电路结构等因素。有时需反复推敲，选定。通过对滑线器的正确选择，能提高分析问题和解决问题的能力，能有效培养学生全面思考问题，提高学生实验设计能力。