Question

小強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

保護電路

；
（2）當被測身高增加時，電壓表的示數

變大

；
（3）當變阻器R₂接入電路的阻值是5Ω時，電流表的示數為

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）由電路結構可知，滑動變阻器有短路的可能性，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，根據串聯電路的電壓規律可求得電壓表示數變化；
（3）定值電阻與滑動變阻器串聯，由串聯電路特點與歐姆定律可以求出電流表示數；
（4）根據題意求出電路最大電流，由串聯電路特點與歐姆定律求出滑動變阻器接入電路的最小阻值；電壓表測滑動變阻器兩端電壓，電壓表示數等于它的量程時，滑動變阻器接入電路的阻值最大，由串聯電路特點與歐姆定律可以求出滑動變阻器接入電路的最大阻值，然后確定滑動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，電流表測電路電流，電壓表測滑動變阻器兩端電壓；
（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，R₁的作用為保護電路；
（2）由電路圖可知，當被測身高增加時，滑動變阻器接入電路的電阻增大，滑動變阻器分壓變大，電壓表測滑動變阻器兩端電壓，則電壓表示數變大；
（3）當變阻器R₂接入電路的阻值是5Ω時，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

，
∴此時電路總電阻R_總=

U

I最大

=

4.5V

0.5A

=9Ω，
此時滑動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，電壓表最大示數為3V，此時滑動變阻器接入電路的阻值最大，
此時電阻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，即滑動變阻器接入電路的阻值范圍是4Ω～10Ω；
故答案為：（1）保護電路；（2）變大；（3）0.45；（4）4Ω～10Ω．

點評：該題考查了歐姆定律的應用，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．