Question

2．某物理研究性學(xué)習(xí)小組想測(cè)量電風(fēng)扇正常運(yùn)行時(shí)的機(jī)械功率，于是找到了一臺(tái)這樣的電風(fēng)扇并從銘牌上讀出了額定電壓U，但其他字跡不清楚．該小組成員取出電池，并從電風(fēng)扇連接的電池的正、負(fù)兩極各接出一條引線，提供的器材有電流表、電壓表、滑動(dòng)變阻器（阻值較�。�，備用電池若干節(jié)，開(kāi)關(guān)、若干導(dǎo)線、固定電池的電池盒．
（1）測(cè)量時(shí)，選擇的電路圖比較合理的是乙圖（填寫“甲”或“乙”）
（2）該小組進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)步驟，請(qǐng)補(bǔ)寫步驟③的實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程．
①按事先設(shè)計(jì)的電路連接各元件，并將滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)片移動(dòng)到最左端．
②合上開(kāi)關(guān)，將滑動(dòng)片從最左端開(kāi)始緩慢向右移動(dòng)，使電壓表和電流表都有明顯的示數(shù)，但電風(fēng)扇并未轉(zhuǎn)動(dòng)，讀出電壓表和電流表的示數(shù)分別為U₀、I₀．
③調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使電壓表讀數(shù)為U，讀出電流表讀致為I；．
④用測(cè)得的物理量表示電動(dòng)機(jī)M正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)輸出的機(jī)械功率P=$\frac{{I}_{0}U-I{U}_{0}}{{I}_{0}U}$．

Answer 1

分析 （1）由實(shí)驗(yàn)過(guò)程并分析不同接法中的誤差可選擇電路圖．
（2）③由題意可知實(shí)驗(yàn)的目的是測(cè)量電風(fēng)扇正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率；則可分析出實(shí)驗(yàn)中的實(shí)驗(yàn)方法及實(shí)驗(yàn)步驟；
④由測(cè)量得出的數(shù)據(jù)利用歐姆定律以及熱功率公式可求得熱功率；根據(jù)可知有關(guān)效率的表達(dá)式；

解答 解：（1）由題意可知，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)使電動(dòng)機(jī)兩端的電壓應(yīng)達(dá)到額定電壓，而實(shí)驗(yàn)中的風(fēng)扇是采用兩節(jié)干電池供電，故采用兩節(jié)干電池供電時(shí)，電壓稍大于額定電壓，故采用限流接法無(wú)法保證達(dá)到額定電壓，故應(yīng)采用分壓接法，故應(yīng)選用乙圖接法；
（2）電動(dòng)機(jī)輸出的功等于電動(dòng)機(jī)消耗的電能與電阻上產(chǎn)生熱量的差值；由題意可知，要測(cè)量能量轉(zhuǎn)化的效率應(yīng)先測(cè)出電機(jī)不轉(zhuǎn)時(shí)電動(dòng)機(jī)的電阻，則可求得電動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生的內(nèi)能；再調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使電風(fēng)扇正常工作，即電動(dòng)機(jī)兩端的電壓應(yīng)為U，故應(yīng)使電壓表讀數(shù)為U，讀出電流表的示數(shù)，則可求得電動(dòng)機(jī)消耗的電能及電動(dòng)機(jī)內(nèi)阻上消耗的內(nèi)能，即可求出效率；
故③應(yīng)為：調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使電壓表讀數(shù)為U，讀出電流表讀致為I；
④由歐姆定律可得，電動(dòng)機(jī)內(nèi)阻r=$\frac{{U}_{0}}{{I}_{0}}$； 電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，消耗的電功率為U₀I₀；電動(dòng)機(jī)內(nèi)阻上產(chǎn)生的熱功率為I²r=I²$\frac{{U}_{0}}{{I}_{0}}$；故產(chǎn)生的風(fēng)能為UI-I²$\frac{{U}_{0}}{{I}_{0}}$；
故工作效率表達(dá)式應(yīng)為：η=$\frac{UI-{I}^{2}\frac{{U}_{0}}{{I}_{0}}}{UI}$=$\frac{{I}_{0}U-I{U}_{0}}{{I}_{0}U}$；
故答案為：（1）乙；（2）③、調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使電壓表讀數(shù)為U，讀出電流表數(shù)值為I；④$\frac{{I}_{0}U-I{U}_{0}}{{I}_{0}U}$；

點(diǎn)評(píng) 本題要知道電風(fēng)扇是非純電阻電路，輸出功率等于總功率減去內(nèi)阻消耗的功率，其電阻不等于電壓除以電流；同時(shí)要求我們?cè)诮忸}時(shí)要注意認(rèn)真分析實(shí)驗(yàn)的目的、原理及題目中給出的實(shí)驗(yàn)步驟，從中找出解決題目的關(guān)鍵．