3. 工程技术 自制电子身高测量仪。学习小组分别设计了甲、乙、丙三图所示测量仪，所用材料规格均相同。其中：电压表量程为0~3 V，电流表量程为0~0.3 A，定值电阻$R_0=15\ \Omega$，电源电压恒为4.5 V。R是固定的、竖直放置的硬电阻棒，长10 cm，总电阻为30 Ω，其接入电路的电阻与接入电路的长度成正比，金属杆cd和MP（右端P是滑片）与电路接触良好，电阻不计。


| 评价指标 | 优秀 | 良好 | 待改进 |
| --- | --- | --- | --- |
| 指标a | 两只电表均安全 | 一只电表安全 | 两电表会损坏 |
| 指标b | 身高越高，电压表示数越大 | 身高越高，电压表示数越小 | 电压表示数不能显示身高 |
| 指标c | 刻度均匀 | 刻度不均匀 | 无正相关 |
(1)$R_0$在丙图电路中的作用是。
(2)按“评价指标b”，乙图的评价等级是。
(3)有小组认为丙图中的电流表示数一直都不变。请计算丙图中电流表的示数大小。
(4)标刻度。身高为168 cm的小成同学用乙图测量时，电流表示数为0.15 A。若将电压表改装成身高仪，则电压表刻度盘2.7 V处应标上的身高是多少？
(5)产品迭代。上述三个产品都存在缺陷。请在丁图中再加以改装：将电压表安装在最合适的位置，从而达到优秀等级。

(1)保护电路
(2)良好
(3)0.1 A
(4)170.5 cm
(5)见解析图
解析:(1)由丙图可知,如果电路中没有定值电阻$R_0$,可能会导致电流过大,故定值电阻$R_0$在电路中起保护电路的作用。
(2)乙图中身高越高,滑动变阻器接入的电阻越大,分得的电压越大,但刻度不均匀,故满足良好级。
(3)丙图中$R_0$与R最大值串联,电路的总电阻$R_\mathrm{总}=R+R_0=30\ \Omega+15\ \Omega=45\ \Omega$,电路中电流$I=\frac{U}{R_\mathrm{总}}=\frac{4.5\ \mathrm{V}}{45\ \Omega}=0.1\ \mathrm{A}$。
(4)用乙图测量168 cm时,电流表示数为0.15 A,电路中的总电阻:$R'_\mathrm{总}=\frac{U}{I'}=\frac{4.5\ \mathrm{V}}{0.15\ \mathrm{A}}=30\ \Omega$,此时电阻棒接入电路的电阻$R'=R'_\mathrm{总}-R_0=30\ \Omega-15\ \Omega=15\ \Omega$;竖直放置的硬电阻棒长10 cm,总电阻为30 Ω,则电阻棒接入电路中的长度为整体的一半,为5 cm,故电阻下端距离地面$h=168\ \mathrm{cm}-5\ \mathrm{cm}=163\ \mathrm{cm}$;当电压表示数为2.7 V时,$R_0$的电压$U_0=U-U_R=4.5\ \mathrm{V}-2.7\ \mathrm{V}=1.8\ \mathrm{V}$,电路中电流$I''=\frac{U_0}{R_0}=\frac{1.8\ \mathrm{V}}{15\ \Omega}=0.12\ \mathrm{A}$,电阻棒接入电路的电阻:$R''=\frac{U_R}{I''}=\frac{2.7\ \mathrm{V}}{0.12\ \mathrm{A}}=22.5\ \Omega$,电阻棒接入电路中的长度:$\Delta L=\frac{22.5\ \Omega}{30\ \Omega}×10\ \mathrm{cm}=7.5\ \mathrm{cm}$,则对应的高度:$h_1=h_0+\Delta L=163\ \mathrm{cm}+7.5\ \mathrm{cm}=170.5\ \mathrm{cm}$。
(5)根据电路知,甲、乙刻度不均匀,丙图均匀,但身高越高,电压表的示数越小,故把电压表改为测量下半部分的电压,就能身高越高,电压表示数越大,如图所示。