Question

參加全國青少年創(chuàng)新大賽，小強運用電學(xué)知識設(shè)計了一個電子身高測量儀，如圖所示．其中定值電阻R₀=5Ω，電源電壓恒為4.5V，R是固定的、豎直放置的硬電阻棒、總長為30cm，總電阻為15Ω，其接入電路的電阻與接入電路的棒長成正比，金屬桿cd和MP（右端P是滑片）與電路接觸良好，電阻不計．
（1）R₀在電路中的作用是

保護電路

保護電路．
（2）當(dāng)被測身高增加時，電壓表的示數(shù)

變大

，電流表的示數(shù)

變小

．（選填：變大/變小/不變）．
（3）身高為168cm小強用該測量儀測量時，電流表示數(shù)為0.5A，此時電阻棒R接入電路的電阻為多少Ω？
（4）若電壓表量程為0～3V，電流表量程為0～0.6A．為了保證電路各元件安全工作，該電子身高測量儀能測量的最大身高是多少cm？

Answer 1

分析：（1）由電路圖可知，電阻R₀與滑動變阻器R串聯(lián)接入電路，電阻R₀起保護電路的作用；
（2）分析身高增加時，滑片P的移動方向，判斷滑動變阻器接入電路的阻值如何變化，由串聯(lián)電路特點判斷電壓表示數(shù)如何變化；
（3）當(dāng)電壓表的示數(shù)為3V時，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點求出R₀兩端的電壓，根據(jù)歐姆定律求出電路中的電流，然后與電流表的量程相比確定測量的身高最大時電表的示數(shù)，利用歐姆定律求出電阻棒接入電路中的電阻，然后結(jié)合身高為168cm時電阻棒接入電路中的電阻求出電阻棒離地面的高度，同理求出該電子身高測量儀能測量的最大身高．

解答：解：（1）由電路圖可知，電阻R₀在電路起保護電路的作用；
（2）由電路圖可知，電壓表測滑動變阻器兩端電壓，電流表測電路中的電流，
被測身高增加時，滑動變阻器電阻棒接入電路的長度增加，滑動變阻器接入電路的阻值變大，電路中的總電阻變大，
∵I=

U

R

，
∴電路中的電流變小，即電流表的示數(shù)變小，
∵U=IR，
∴定值電阻R₀兩端的電壓變小，
∵串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，
∴滑動變阻器兩端的電壓變大，即電壓表的示數(shù)變大；
（3）電流表示數(shù)為0.5A時，電路中的總電阻：
R_總=

U

I

=

4.5V

0.5A

=9Ω，
∵串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和，
∴此時電阻棒R接入電路的電阻：
R=R_總-R₀=9Ω-5Ω=4Ω；
（3）當(dāng)電壓表的示數(shù)為3V，R₀兩端的電壓：
U₀=U-U_R=4.5V-3V=1.5V，
電路中的電流：
I′=

U0

R0

=

1.5V

5Ω

=0.3A，
∵0.3A＜0.6A，
∴此時身高測量儀測量的身高最大，電阻棒接入電路中的電阻最大，最大為：
R′=

UR

I′

=

3V

0.3A

=10Ω，
電阻棒離地面的高度：
168cm-

30cm

15Ω

×4cm=160cm，
該測量儀器能測量德爾最大高度：
160cm+

10Ω

15Ω

×30cm=180cm．
答：（1）保護電路；
（2）變大；變��；
（3）該電子身高測量儀能測量的最大身高是160cm．

點評：本題考查通過計算電阻的大小得出人的身高，關(guān)鍵是計算出電阻棒接入電路的長度，要知道電流表和電壓表分別測量哪部分的電流和電壓，要學(xué)會從題目所給信息中找到有用的數(shù)據(jù)．