初三实验小组的同学决定设计一个简易的身高测量仪,可用器材有电压恒定的电源、电压表、电阻丝、定值电阻、开关、导线(若干)等。他们的设想是:用滑片在绷直的电阻丝上滑动代替滑动变阻器;将电压表改装成身高显示仪----所测身高越大,显示仪示数越大,且刻度均匀。
(1)同学们设计了如图所示电路,老师指出他们的设计有不够合理的地方。你认为下列分析正确的是 。
A.移动滑片P时.电路的总电阻没有变化 B.当所测身高越大时,电压表的示数越小
C.电压表的示数变化量跟身高变化量不成正比 D.电压表的示数不能由零变化到最大刻度值
(2)在老师的引导下,同学们设计出了正确的电路.是图四个电路中的 电路。
(3)确定正确的电路设计方案后,小组成员开始对器材的参数进行选择。他们采用了电压为12V的电源、一根长为80cm的均匀电阻丝(0.5Ω/cm)、量程为0~3V的电压表。为了让测量仪测量身高的范围能达到最大,且测量精确度最高,选择的定值电阻R1的阻值应该为 Ω。
(4)利用选定的器材.小组同学连接好了测量电路。对身高为160cm的小曾进行测量时,电压表的示数为1.5V;对小杨进行测量时,电压表的示数为1.2V,则小杨的身高为 cm。
(1)C(2)丁(3)120Ω(4)152cm
【解析】(1)滑变接入部分为下半部分,上下移动会改变接入阻值,且P向上滑动,电阻变大,分的电压变大,故AB错误,电压表示数U=IR滑,而I和R滑均会变化,所以U与R滑不成正比C正确,当P在最低端,滑变接入未0,电压表为0,D错误。
(2)丁图,接入阻值不变,电路电流I不变,U=IR滑,所以U与R滑成正比,与身高成正比,线性变化,刻度均匀。
(3)电阻丝电阻R为40Ω,电压表量程3V,电源电压12V,根据串联正比分压,所以定值电阻分压9V,计算可知电阻为120Ω。
(4)电压表测量滑变下半部分分得的电压,此时为1.5V,所以接入阻值可以算出为20Ω,所以接入下半部分电阻丝长度40cm,小曾160cm,分析可知,电阻丝底端到地面为120cm,同理分析小杨,电压表示数1.2V,接入阻值16Ω,接入长度32cm,所以小杨身高152cm。