Question

小強(qiáng)設(shè)計(jì)了一個(gè)電子身高測量儀，如圖所示，其中定值電阻R₁=5Ω，電源電壓恒為4.5V，R₂的規(guī)格為“15Ω 0.5A”，電壓表量程為0～3V，電流表量程為0～0.6A．
（1）R₁在電路中的作用是

保護(hù)電路

；
（2）當(dāng)被測身高增加時(shí)，電壓表的示數(shù)

變大

；
（3）當(dāng)變阻器R₂接入電路的阻值是5Ω時(shí)，電流表的示數(shù)為

0.45

A；
（4）為了保證電路中各元件安全工作，變阻器接入電路的阻值范圍是

4Ω～10Ω

．

Answer 1

分析：（1）由電路結(jié)構(gòu)可知，滑動(dòng)變阻器有短路的可能性，為了防止出現(xiàn)短路而用R₁來保護(hù)電路；
（2）由身高測量儀的結(jié)構(gòu)可知當(dāng)身高增加時(shí)，滑動(dòng)變阻器接入電阻的變化，則由歐姆定律可求得電路中的電流，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓規(guī)律可求得電壓表示數(shù)變化；
（3）定值電阻與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，由串聯(lián)電路特點(diǎn)與歐姆定律可以求出電流表示數(shù)；
（4）根據(jù)題意求出電路最大電流，由串聯(lián)電路特點(diǎn)與歐姆定律求出滑動(dòng)變阻器接入電路的最小阻值；電壓表測滑動(dòng)變阻器兩端電壓，電壓表示數(shù)等于它的量程時(shí)，滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值最大，由串聯(lián)電路特點(diǎn)與歐姆定律可以求出滑動(dòng)變阻器接入電路的最大阻值，然后確定滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值范圍．

解答：解：由電路圖可知，兩電阻串聯(lián)，電流表測電路電流，電壓表測滑動(dòng)變阻器兩端電壓；
（1）當(dāng)滑動(dòng)變阻器滑片滑到最底端時(shí)，滑動(dòng)變阻器會短路，故R₁可以防止整個(gè)電路發(fā)生短路而燒壞電流表，R₁的作用為保護(hù)電路；
（2）由電路圖可知，當(dāng)被測身高增加時(shí)，滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻增大，滑動(dòng)變阻器分壓變大，電壓表測滑動(dòng)變阻器兩端電壓，則電壓表示數(shù)變大；
（3）當(dāng)變阻器R₂接入電路的阻值是5Ω時(shí)，電路中總電阻R=R₁+R₂=5Ω+5Ω=10Ω，
由歐姆定律可得電路中電流I=

U

R

=

4.5V

10Ω

=0.45A；
（4）①由題意知，電路允許通過的最大電流I=0.5A，
∵I=

U

R

，
∴此時(shí)電路總電阻R_總=

U

I最大

=

4.5V

0.5A

=9Ω，
此時(shí)滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值最小，R_滑最小=R_總-R₁=9Ω-5Ω=4Ω；
②由題意知，電壓表最大示數(shù)為3V，此時(shí)滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值最大，
此時(shí)電阻R₁的電壓U₁=U-U_滑=4.5V-3V=1.5V，
電路電流I′=

U1

R1

=

1.5V

5Ω

=0.3A，
∵I=

U

R

，
∴滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值R_滑最大=

U滑

I′

=

3V

0.3A

=10Ω；
由①②可知，4Ω≤R_滑≤10Ω，即滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值范圍是4Ω～10Ω；
故答案為：（1）保護(hù)電路；（2）變大；（3）0.45；（4）4Ω～10Ω．

點(diǎn)評：該題考查了歐姆定律的應(yīng)用，考查學(xué)生應(yīng)用物理知識解決實(shí)際問題的能力，解決此類問題應(yīng)注意認(rèn)真審題，找出題目中用到的相關(guān)知識進(jìn)行解答．