Question

9．某物理“科技制作”小組裝配一臺(tái)小直流電動(dòng)機(jī)，其額定電壓5V，額定電流0.5A，線圈繞阻小于1Ω．為了進(jìn)一步研究其在一定電壓范圍內(nèi)，輸出功率與輸入電壓的關(guān)系，需要進(jìn)一步做實(shí)驗(yàn)，請你幫助該小組完成該項(xiàng)工作．已知學(xué)校實(shí)驗(yàn)室提供的器材有：
直流電源E，電壓6V，內(nèi)阻不計(jì)；
小直流電動(dòng)機(jī)M；
電壓表V₁，量程0～0.6V，內(nèi)阻約3kΩ；
電壓表V₂，量程0～6V，內(nèi)阻約15kΩ；
電流表A₁，量程0～0.6A，內(nèi)阻約1Ω；
電流表A₂，量程0～3A，內(nèi)阻約0.5Ω；
滑動(dòng)變阻器R，0～10Ω，2A；
電鍵S一只，導(dǎo)線若干．
（1）首先要比較精確測量電動(dòng)機(jī)的線圈繞阻r．根據(jù)合理的電路進(jìn)行測量時(shí)，要控制電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使電壓表和電流表有合適的示數(shù)，電壓表應(yīng)該選V₁．若電壓表的示數(shù)為0.1V，電流表的示數(shù)為0.2A，則內(nèi)阻r=0.5Ω，這個(gè)結(jié)果比真實(shí)值偏�。ㄟx填“大”或“小”）．
（2）在圖1中畫出研究電動(dòng)機(jī)的輸出功率與輸入電壓的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)電路圖．（標(biāo)明所選器材的符號(hào)）
（3）當(dāng)電壓表的示數(shù)為4.5V時(shí)，電流表示數(shù)如圖2所示為0.40A，此時(shí)電動(dòng)機(jī)的輸出功率是1.72W．

Answer 1

分析 （1）由題目中的已知條件可知，電機(jī)兩端的電壓，則可選擇電壓表；由歐姆定律可求得內(nèi)阻；根據(jù)電路的特點(diǎn)可分析實(shí)驗(yàn)誤差；
（2）要測出輸出功率與輸入電壓的關(guān)系，可以采用分壓接法，由電壓表測電動(dòng)機(jī)兩端的電壓，由P=UI求得功率；
（3）由圖可讀出電流表的示數(shù)，則由功率公式可求得電動(dòng)機(jī)的總功率及內(nèi)部電阻消耗的功率，則可求同電動(dòng)機(jī)的輸出功率．

解答 解：（1）因電阻小于1Ω，電路中電流最大0.5Ω，故最大電流為0.5A，故應(yīng)選取V₁，可以使讀數(shù)更準(zhǔn)確；內(nèi)阻為：r=$\frac{U}{I}$=$\frac{0.1}{0.2}$=0.5Ω； 因?qū)嶒?yàn)中采用電流表外接法，故電流表示數(shù)偏大，使測量結(jié)果偏��；
（2）電路采用電壓表測電動(dòng)機(jī)兩端的電壓，電流表測電流，由P=UI求得功率，則可得出輸出功率與輸入電壓的關(guān)系；因滑動(dòng)變阻器較小，限流接法無法起到保護(hù)作用；故應(yīng)用分壓接法；答案如圖：
（3）電流表量程為0.6A，則最小分度為0.02；由圖可知讀出電路中電流為：I=0.40A，則電動(dòng)機(jī)消耗的功率為：P=UI=4.5V×0.3985A=1.80W；電動(dòng)機(jī)內(nèi)部電阻上消耗的功率為：P₁=I²r=0.08W；則電動(dòng)機(jī)的輸出功率為：P_出=1.80-0.08W=1.72W．
故答案為：（1）V₁，0.5，�。唬�2）如圖所示；（3）0.40；1.72

點(diǎn)評 本題考查描繪伏安特性曲線的實(shí)驗(yàn)；要注意在儀表的選擇中要注意應(yīng)使測量結(jié)果更準(zhǔn)確和安全，故電表的量程應(yīng)略大于電路中可能出現(xiàn)的最大電流；在接法中要注意根據(jù)各電器內(nèi)阻的大小，靈活選擇對應(yīng)的接法．