【題目】為了參加全國青少年創(chuàng)新大賽,小強(qiáng)運(yùn)用所學(xué)電學(xué)知識(shí),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

(2)當(dāng)被測身高增加時(shí),電壓表的示數(shù) (選填“變大”、“變小”或“不變”).

(3)若變阻器R2接入電路的阻值是6.25Ω時(shí),電壓表的示數(shù)為多大?

(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多少?

【答案】(1)保護(hù)電路,避免R2阻值為零時(shí)發(fā)生短路;

(2)變大;

(3)變阻器R2接入電路的阻值是6.25Ω時(shí),電壓表的示數(shù)為2.5V;

(4)變阻器接入電路的阻值范圍是4Ω~10Ω.

【解析】解:(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(huì)短路,故R1可以防止整個(gè)電路發(fā)生短路而燒壞電流表,故R1的作用為保護(hù)電路;

(2)當(dāng)被測身高增加時(shí),滑動(dòng)變阻器接入電阻增大,電路中的總電阻變大,

由I=可知,電路中電流減小,R1兩端的電壓減小,

由串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和可知,滑動(dòng)變阻器兩端的電壓增大,即電壓表的示數(shù)變大;

(3)變阻器R2接入電路的阻值是6.25Ω時(shí),

因串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和,

所以,此時(shí)電路中的電流:

I===0.4A,

電壓表的示數(shù):

U2=IR2=0.4A×6.25Ω=2.5V;

(4)由題意知,電流表量程為0~0.6A,而R2允許通過的最大電流為0.5A,

故電路中電流不得超過I1=0.5A,則電路的總電阻:

R===9Ω,

則此時(shí)滑動(dòng)變阻器接入電阻為R2min=R﹣R1=9Ω﹣5Ω=4Ω;

電壓表量程為0~3V,故滑動(dòng)變阻器兩端的電壓不得超過U2′=3V,

因串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和,

所以,當(dāng)滑動(dòng)變阻器兩端的電壓為3V時(shí),R1兩端的電壓為:

U1=U﹣U2′=4.5V﹣3V=1.5V;

此時(shí)電路中電流為:

I2===0.3A,

則滑動(dòng)變阻器的阻值:

R2max===10Ω;

故滑動(dòng)變阻器的阻值范圍為4Ω~10Ω.

答:(1)保護(hù)電路,避免R2阻值為零時(shí)發(fā)生短路;

(2)變大;

(3)變阻器R2接入電路的阻值是6.25Ω時(shí),電壓表的示數(shù)為2.5V;

(4)變阻器接入電路的阻值范圍是4Ω~10Ω.

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