很多电子测量设备都应用了滑动变阻器以及半导体材料。如图甲是体检中心身高体重测量仪，其电路原理图如图乙所示。已知电源的电压为18V，电压表量程为。电流表量程为，滑动变阻器是竖直放置的电阻棒，总长50cm，其阻值与长度成正比，滑片P可以随身高的变化竖直上下移动，电源的电压为3V，为压敏电阻，其阻值随所受压力F大小变化规律如图丙所示，上表面为测量时站立的踏板，与电阻棒下端b点的竖直距离为1.5m。闭合开关，身高的小峰在仪器上测量时，电流表的示数为0.3A，电压表示数为14.4V，电流表的示数为0.36A。求：

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1. 很多电子测量设备都应用了滑动变阻器以及半导体材料。如图甲是体检中心身高体重测量仪，其电路原理图如图乙所示。已知电源 $\text{[math]}$ 的电压为18V，电压表量程为 $\text{[math]}$ 。电流表 $\text{[math]}$ 量程为 $\text{[math]}$ ，滑动变阻器 $\text{[math]}$ 是竖直放置的电阻棒，总长50cm，其阻值与长度成正比，滑片P可以随身高的变化竖直上下移动，电源 $\text{[math]}$ 的电压为3V， $\text{[math]}$ 为压敏电阻，其阻值随所受压力F大小变化规律如图丙所示， $\text{[math]}$ 上表面为测量时站立的踏板，与 $\text{[math]}$ 电阻棒下端b点的竖直距离为1.5m。闭合开关 $\text{[math]}$ ，身高 $\text{[math]}$ 的小峰在仪器上测量时，电流表 $\text{[math]}$ 的示数为0.3A，电压表示数为14.4V，电流表 $\text{[math]}$ 的示数为0.36A。求：

(1) 小峰的重力；

(2) 求 $\text{[math]}$ 的最大阻值及电路安全前提下本仪器的身高测量范围；

(3) 小峰觉得该仪器身高测量范围太小，于是提出用一定值电阻 $\text{[math]}$ 替换 $\text{[math]}$ ，使得替换后电路安全且滑片P可以滑至a点、b点，求 $\text{[math]}$ 的取值范围。

【考点】

串联电路的电压规律; 欧姆定律及其应用; 电路的动态分析;

【答案】

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实验探究题困难

1. “坐位体前屈”是学生体质健康测试项目之一、图甲是某女生测试示意图。图乙是学习小组设计的测试仪电路原理图，电源电压恒为4.5V，电压表量程为0-3V，定值电阻 $\text{[math]}$ ，滑动变阻器 $\text{[math]}$ 由长为30cm、粗细均匀的电阻棒改装而成，规格为1Ω/cm，允许通过的最大电流为0.3A。为保护电路安全，滑片P的起始位置A点设定在离电阻棒最左端O点5cm处。测试时，通过推动塑料挡板带动滑片P从起始位置A向右移动，并通过电压表的示数反映学生的测试结果。下表是初三女生测试等级与滑片P移动距离L的关系。

初三女生测试等级标准	不合格	合格	良好	优秀
滑片移动距离L/cm	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$

(1) 当滑片P在起始位置A点时，闭合开关S，通过 $\text{[math]}$ 的电流为0.3A，此时 $\text{[math]}$ 两端电压为V；为保护电路安全，滑片移动的范围为cm；

(2) 该测试仪不能测出表中所有的等级，在保证电路各元件安全的情况下，通过替换 $\text{[math]}$ 来实现最大程度增加测试范围，则替换电阻 $\text{[math]}$ 的最小值为Ω。

实验探究题普通

2. 酒后驾车是导致车祸的主要原因之一。在综合实践活动中，某兴趣小组设计了如图甲所示的酒精测试仪工作电路原理图，电源电压U恒为6V， $\text{[math]}$ 为气敏电阻，它的阻值随气体中酒精含量的变化关系如图乙所示。使用前，闭合开关S，调节滑动变阻器 $\text{[math]}$ 的滑片对测试仪进行调零，使电压表示数为U₁=5V（此时气体中酒精含量为零），调零后 $\text{[math]}$ 的滑片位置保持不变。

（1）使用酒精测试仪检测时，若气体中酒精含量增大，电压表的示数（选填“增大”或“减小”）；

（2）当电压表示数为U₁=5V时，求 $\text{[math]}$ 接入电路中的阻值；

（3）2024年3月1日实施的国家标准规定，气体中酒精含量大于或等于20mg/100mL且小于80mg/100mL为酒驾，达到或者超过80mg/100mL为醉驾。求气体中酒精含量等于20mg/100mL时，电压表的示数的大小；

（4）某次检测中，电压表示数为4V，请通过计算，判断此驾驶员属于酒驾还是醉驾。

实验探究题困难

3. 在学生身体素质测评中，坐位体前屈是学生体质健康测试项目之一，某小组对此产生了浓厚的兴趣，于是在跨学科实践课上，该小组开展了“设计体前屈测试仪”的项目化学习活动。下面是该小组同学交流的实践过程，请帮助完成下列内容：

【项目分解】

（1）制作坐位体前屈测试仪

（2）应用坐位体前屈测试仪

【项目实施】

（1）制作坐位体前屈测试仪

如图甲是某同学坐位体前屈的测试示意图，图乙是该小组设计的坐位体前屈测试仪电路原理图，电源电压恒为6V，电压表的量程为0~3V，定值电阻R₀=20Ω，滑动变阻器R₁由长为30cm粗细均匀的直线电阻制成，规格为1Ω/cm。允许通过的最大电流为0.2A。为保护电路安全，滑动变阻器R₁的滑片P的起始位置设在离直线电阻最左端10cm处的a点。测试时，只要推动塑料挡板就能带动滑动变阻器的滑片P从起始位置点向右移动，通过观察电压表的示数可以反映测试结果。

（2）应用坐位体前出测试仪

下面是初三女生测试等级与滑动变阻器R的滑片P移动距离L的关系

初三女生测试等级标准	不合格	合格	良好	优秀
滑片P移动距离L/cm	L<3.7	3.7<L<16.7	16.7<L<20.1	L≥20.1

①滑片P在起始位置a点时，闭合开关S，通过定值电阻R₀的电流为0.2A，此时定值电阻R₀两端电压为V；

②推导出电压表示数U_测与滑片P移动距离L之间的关系式是；

③为保护电路安全，滑片P移动的范围是。

【项目优化】

（3）优化1：该测试仪不能测出表中所有的等级。若想能测出所有等级，在保证现有电路各元件安全的情况下，只需通过替换定值电阻R₀就能实现最大测试范围，则替换电阻R₀的最小阻值是Ω。

（4）优化2：在测量时发现：该测试中电压表的示数U跟塑料挡板移动的距离L不成正比。请在下面虚线板内设计一个电路，能实现电压表的示数U跟塑料挡板移动的距离L成正比。

实验探究题困难