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高二物理限流电路和分压电路.

图3
限流电路和分压电路
1. 限流和分压接法的比较
(1)限流电路:如图2所示,实际上滑动变阻器的右边部分并没有电流流过。

该电路的特点是:在电源电压不变的情况下,R

两端的
电压调节范围:U ≥U

≥UR

/(R 0+R 用),电流调节范围:
U/R 用≥I

≥U /(R 0+R 用)。

即电压和电流不能调至零,因此调节范围较小。

要使
限流电路的电压和电流调节范围变大,可适当增大R 0。

另外,使用该电路时,在接通电前,
R 0应调到最大。

(2)分压电路:如图3所示,实质上滑动变阻器的左边部分与R 用
并联后再与滑动变阻器的右边串联。

注意滑动变阻器的两端都有电流流
过,且不相同。

该电路的特点是:在电源电压不变的情况下,
R

两端
的电压调节范围为U ≥U 用≥0,即电压可调到零,电压调节范围大。


流调节范围为E/R 用≥I 用≥0。

使用分压电路,在当
R 0<R 用时,调节性能好。

通电前,滑片
P 置
于A 端,使U

=0。

2两种用法的选择
A 优先选用限流式,从电能损耗方面分析消耗电能少。

用限流式具有电源负担轻,电路连接简便等优点。

B 如果滑动变阻器的额定电流够用,在下列三种情况下必须采用分压接法:
①用电器的电压或电流要求从零开始连续可调。

例1、1993年全国高考题)将量程为100μA 的电流表改装成量程为 1 mA 的电流表,并用一标
准电流表与改装后的电流表串联,对它进行校准.校准时要求通过电流表的电流能从零连续调到
1 mA ,试按实验要求画出电路图.
例2、(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
②要求电器的电压或电流变化范围大,负载电阻的阻值远大于变阻器的总电阻,须用分压式电路。

若接成限流式,当改变滑动变阻器的阻值时,电路中电流变化不明显,测得的电压和电流取值范围小。

图3
S
R 0 R 用
E
A B 图2
S
R 0 R 用
U
图8
例3、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
9A=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

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。

答案:⑴BCFGI ;⑵电路图如图7所示,实物连接如图
8所示
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
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。

例4、(97年高考)某电压表的内阻在20K Ω--50 K Ω之间,现要测量其内阻,实验室提供下列
可选用的器材:
A 、待测电压表V (量程3V );
B 、电流表(量程);
C 、电流表(量程);
D 、电流表(量程)
E 、滑动变阻器R (最大阻值);
F 、电源(电动势4V );
G 、电键K 。

(1)所提供的电流表中,应选用____________。

(2)为了尽量减小误差,要求测多组数据。

试画出符合要求的实验电路图。

分析:将电流表、电压表串联,只要读出两表读数,即可用公式I=U/R 求得电压表的内阻。


过电压表的最大电流值
故电流表应选
A 1。

由于变阻器的阻值远小于电压表的内阻,且要求测多组数据,故变阻器用分压式连接,如图
3所示。

例5. 已知某电阻丝的电阻约为
10Ω,现有下列器材供测量该电阻丝的电阻时使用;
A. 量程为0.6A ,内阻是0.5Ω的电流表。

B. 量程为3V ,内阻是6K Ω的电压表。

C. 阻值是0--20Ω,额定电流为2A 的滑动变阻器。

D. 蓄电池(6V )。

E. 开关一个,导线若干。

要求:画出用伏安法测上述电阻丝的电阻的电路图,测量数据要尽量多。

分析:若采用限流式接法,由于电阻丝阻值为10Ω,在3V 电压(电
压表的量程)下工作,则流过它的最大电流为,改变滑动变阻器
的阻值(0~20Ω),电路中电流变化范围约为,电流取值范围比较小,故采用分压式接法比较好。

电路图如图
4所示。

③采用限流接法时限制不住,电表总超量程,用电器总超额定值。

在安全(I
滑额
够大,仪表不超量程,用电器上的电流、电压不超
额定值,电源不过载)、有效(调节范围够用)的前题下,若R 用< R 0,原则上两种电路均可采用,但考虑省电、电路结构简单,可先采用限流接法;而若R 用>>R 0,则只能采用分压电路
. 例6、用伏安法测量一个定值电阻的器材规格如下:待测电阻R x (约100 Ω);直流电流表(量
程0~10 mA 、内阻50 Ω);直流电压表(量程0~3 V 、内阻 5 k Ω);直流电源(输出电压
4 V 、
内阻不计);滑动变阻器(0~15 Ω、允许最大电流
1 A );开关1个,导线若干.根据器材的规格
和实验要求画出实验电路图
.
用伏安法测量电阻有两种连接方式,
即电流表的内接法和外接法,
由于
R x <,故电流表应采用外接法.在控制电路中,若采用变阻器的限流
接法,当滑动变阻器阻值调至最大,通过负载的电流最小,I
min
=
=24 mA >10 mA,此时电流仍超过电流表的量程,故滑动变阻器必须采用分压接法.
图3
图4
④当负载电阻的阻值小于变阻器总电阻R或相差不多时,若两种电路都可以对负载的电流
和电压有明显的调节,或两种电路都满足实验要求,且电压、电流变化不要求从零调起,则多
采用限流式接法,这样的接法电源负担轻,能耗小。

例4. 在一次实验中需要较准确地测量某一个金属丝的电阻,已知金属丝的电阻,约为;电流表量程3A,内电阻约;电压表量程3V,内电阻约;电源电动势6V;滑动变阻器R的总电阻,额定电流。

试画出测量金属丝电阻的电路图。

分析:电源电动势为,
流过金属丝的电流约
可采用限流接法,电路如图6所示。

图6。

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