Question

19．小明、小剛、小敏所在的學(xué)習(xí)興趣小組在研究玩具電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)時(shí)，想描繪出電動(dòng)機(jī)工作時(shí)兩端電壓U和通過(guò)電動(dòng)機(jī)線圈的電流I的U-I圖線．
實(shí)驗(yàn)室備有下列器材：
待測(cè)電動(dòng)機(jī)M（額定電流0.9A，額定電壓4.0V ）
電流表A₁量程5A，內(nèi)阻約0.1Ω） 
電流表A₂（量程0.6A，內(nèi)阻2.0Ω）
電壓表V₁（量程4.5V，內(nèi)阻約8kΩ）．
電壓表V₂（量程3V，內(nèi)阻約10kΩ）
電阻箱R₀ （0～99.9Ω）
滑動(dòng)變阻器R₁（最大阻值為100Ω）  
滑動(dòng)變阻器R₂（最大阻值為10Ω）
電源E（電動(dòng)勢(shì)為6V，內(nèi)阻很�。�    
開關(guān)S，導(dǎo)線若干

為了達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康那也僮鞣奖�、并盡可能提高測(cè)量精度，他們?cè)O(shè)計(jì)了圖甲所示的測(cè)量電路圖，并讓小明先把量程為0.6A的電流表改裝成了量程為1.0A的電流表．
①甲中電流表應(yīng)選A₂，電壓表應(yīng)選V₁，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選R₂，虛線框中的元件是R₀．（均填器材代號(hào)字母） 虛線框中的元件的電阻值為3.0Ω．（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）
②實(shí)驗(yàn)中，小組同學(xué)團(tuán)結(jié)合作、按正確操作完成了實(shí)驗(yàn)．小敏根據(jù)探測(cè)記錄，作出了圖乙所示的M在不轉(zhuǎn)動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)兩種情形下兩端電壓U隨電流I變化的圖線．由圖可知，M內(nèi)部線圈的電阻約為2.5Ω．（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）
③小剛根據(jù)小敏作出的U-I圖線對(duì)M兩端電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行比較．他發(fā)現(xiàn)：M兩端電壓為2.5V時(shí)通過(guò)M的電流，居然小于M兩端電壓為2.0V時(shí)通過(guò)M的電流!出現(xiàn)這一結(jié)果的主要原因是：兩個(gè)狀態(tài)下M的輸入功率幾乎相等，M不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，輸入電能全部轉(zhuǎn)化為熱能，但是M轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)后，輸入電能只有一小部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，由P_熱=I²R可知，P_熱變小，I變小．

Answer 1

分析 根據(jù)電路最大電流選擇電流表，根據(jù)電源電動(dòng)勢(shì)、待測(cè)電阻阻值與所選電流表選擇滑動(dòng)變阻器．電動(dòng)機(jī)M在不轉(zhuǎn)動(dòng)為純電阻電路，根據(jù)歐姆定律求解內(nèi)阻，M轉(zhuǎn)動(dòng)后電能一部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，另一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．

解答 解：①電壓表測(cè)量電動(dòng)機(jī)電壓，而電動(dòng)機(jī)額定電壓為4V，所以電壓表選擇V₁（量程4.5V，內(nèi)阻約8kΩ），
電動(dòng)機(jī)的額定電流為0.9A，所以電流表不能選用量程5A的，則選用A₂（量程0.6A，內(nèi)阻2.0Ω），則在電流表上需要并聯(lián)一個(gè)電阻，以增大其量程，所以虛線框中的元件是電阻箱R₀（0～99.9Ω），滑動(dòng)變阻器使用最大阻值較小的，有利于數(shù)據(jù)的測(cè)量和誤差的減小，故選滑動(dòng)變阻器R₂（最大阻值為10Ω）；
電阻箱的阻值：R₀=$\frac{{U}_{0}}{{I}_{0}}$=$\frac{{I}_{2g}{r}_{2}}{I-{I}_{2g}}$=$\frac{0.6×2}{1-0.6}$=3.0Ω；
②電動(dòng)機(jī)M在不轉(zhuǎn)動(dòng)為純電阻電路，根據(jù)歐姆定律得：M內(nèi)部線圈的電阻r=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.0}{0.8}$=2.5Ω；
③根據(jù)圖象數(shù)據(jù)可知，兩個(gè)狀態(tài)下M的輸入功率幾乎相等，M不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，輸入電能全部轉(zhuǎn)化為熱能，但是M轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)后，輸入電能只有一小部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，由P_熱=I²R可知，P_熱變小，I變�。�
故答案為：①₂；V₁；R₂；R₀；3.0；②2.5；③兩個(gè)狀態(tài)下M的輸入功率幾乎相等，M不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，輸入電能全部轉(zhuǎn)化為熱能，但是M轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)后，輸入電能只有一小部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，由P_熱=I²R可知，P_熱變小，I變�。�

點(diǎn)評(píng) 本題考查了實(shí)驗(yàn)器材的選擇、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路，要通過(guò)估算選擇電學(xué)儀器，一般要求通過(guò)電表的電流不小于量程的$\frac{1}{3}$，知道電動(dòng)機(jī)M在不轉(zhuǎn)動(dòng)為純電阻電路，電動(dòng)機(jī)正常工作后，電能一部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，另一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，難度適中．