為了參加全國青少年創新大賽,小明運用所學電學知識,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)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________.
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)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,
則由歐姆定律可得:
電路的總電阻R總===9Ω,
則此時滑動變阻器接入電阻為R2min=R總-R1=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U2′=3V,
則當滑動變阻器兩端的電壓為3V時,R1兩端的電壓為U1=U-U2′=4.5V-3V=1.5V;
則由歐姆定律可得:
電路中電流為I2===0.3A;
則滑動變阻器的阻值R2max===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)4Ω~10Ω.
(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)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,根據R2允許通過的最大電流和電流表的量程確定電路中的最大電流,然后根據歐姆定律求出滑動變阻器接入電路的最小值;電壓表的示數最大時,根據串聯電路的電壓特點求出定值電阻兩端的電壓,根據歐姆定律求出電路中的電流,再根據歐姆定律求出滑動變阻器接入電路的最大值,即可得出答案.
點評:本題考查了串聯電路的特點和歐姆定律的應用,關鍵是根據滑動變阻器允許通過的最大電流確定滑動變阻器接入電路的電阻,對學生的分析能力要求較高,有一定的難度.