Question

為了參加全國青少年創新大賽，小強運用所學電學知識，設計了一個電子身高測量儀，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

 

．
（2）當被測身高增加時，電壓表的示數

 

（選填“變大”、“變小”或“不變”）．
（3）當變阻器R₂接入電路的阻值是6.25Ω時，電流表的示數為

 

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

 

．

Answer 1

分析：（1）由電路結構可知，滑動變阻器有短路的可能性，故為了防止出現短路而用R₁來保護電路；
（2）由身高測量儀的結構可知當身高增加時，滑動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，則根據串聯電路的電壓規律可求得電壓表示數變化；
（3）已知變阻器阻值，則由歐姆定律可求得電流表的示數；
（4）為保證安全，則應保證電路中的各元件都不能超過最大限制電流，由歐姆定律可求得變阻器接入電路的取值范圍．

解答：解：（1）當滑動變阻器滑片滑到最底端時，滑動變阻器會短路，故R₁可以防止整個電路發生短路而燒壞電流表，故R₁的作用為保護電路；
（2）當被測身高增加時，滑動變阻器接入電阻增大，則由歐姆定律可知電路中電流減小，R₁兩端的電壓減小，由串聯電路的電壓規律可知電壓表示數變大；
（3）電路中總電阻R=R₂+R₁=5Ω+6.25Ω=11.25Ω，由歐姆定律可得電路中電流I=

U

R

=

4.5V

11.25Ω

=0.4A；
（4）由題意知，電流表量程為0～0.6A，而R₂的限制電流為0.5A，故電路中電流不得超過0.5A；則由歐姆定律可得：
電路的總電阻R_總=

U

I1

=

4.5V

0.5A

=9Ω； 則此時滑動變阻器接入電阻為R₀=9Ω-5Ω=4Ω；
電壓表量程為0～3V，故滑動變阻器兩端的電壓不得超過U′=3V，則當滑動變阻器兩端的電壓為3V時，R₁兩端的電壓為U₁=4.5V-3V=1.5V；則由歐姆定律可得：
電路中電流為I₂=

U1

R1

=

1.5V

5Ω

=0.3A； 則滑動變阻器的阻值R₀′=

U′

I2

=

3V

0.3A

=10Ω；
故滑動變阻器的阻值范圍為4Ω～10Ω．
故答案為：（1）保護電路；（2）變大；（3）0.4；（4）4Ω～10Ω．

點評：本題考查學生應用物理知識解決實際問題的能力，解決此類問題應注意認真審題，找出題目中用到的相關知識進行解答．