Question

市場(chǎng)上有一種在蚊帳內(nèi)使用的小型直流電動(dòng)機(jī)電風(fēng)扇．某物理研究型學(xué)習(xí)小組想測(cè)定電風(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，但其它字跡不清楚．該小組成員取出電池，并從電風(fēng)扇連接電池的正、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、備用電池若干節(jié)、電鍵、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

圖1

圖（選填“圖1”或“圖2”）．
（2）該小組進(jìn)行了如下的實(shí)驗(yàn)步驟：
（A）按事先設(shè)計(jì)的電路連接各元件，并將變阻器的滑動(dòng)片移動(dòng)到最左端；
（B）合上開關(guān)，將滑動(dòng)片從最左端開始緩慢向右移動(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)，讀出此時(shí)電壓表和電流表的讀數(shù)分別為U₀、I₀；
（C）…；請(qǐng)補(bǔ)寫步驟（C）的實(shí)驗(yàn)操作過程：

移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)片，當(dāng)電壓表的讀數(shù)達(dá)到U時(shí)，觀察電風(fēng)扇是否正常工作，若正常工作，記下此時(shí)電壓表的讀數(shù)U和電流表的讀數(shù)I

．
（D）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_輸出=

IU-I²

U0

I0

．

．
（3）該小組同學(xué)找了甲、乙兩個(gè)不同規(guī)格的電風(fēng)扇繼續(xù)進(jìn)行測(cè)量，用伏安法分別測(cè)出甲、乙兩個(gè)電風(fēng)扇的伏安特性曲線如圖所示．若他們將甲、乙兩個(gè)電風(fēng)扇串連接在6V的恒壓電源兩端，則甲的實(shí)際功率為

1.4

W，乙的實(shí)際功率為

2.8

 W．
（要求保留作圖求解的痕跡）

Answer 1

分析：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)要求直流電動(dòng)機(jī)電風(fēng)扇的電壓變化范圍較大，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)片，第三步要求出電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)的功率，所以要移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)片，當(dāng)電壓表的讀數(shù)達(dá)到U時(shí)，觀察電風(fēng)扇是否正常工作，若正常工作，記下此時(shí)電壓表的讀數(shù)U和電流表的讀數(shù)I，輸出功率等于總功率減去內(nèi)阻消耗的功率，要求時(shí)間功率時(shí)，根據(jù)圖象可知，當(dāng)電流為0.7A時(shí)，甲乙電壓之和等于6V，畫出過0.7A、平行于U軸的直線，與圖3的交點(diǎn)即為該風(fēng)扇的時(shí)間電壓和電流，根據(jù)功率公式即可求解實(shí)際功率．

解答：解：（1）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)要求直流電動(dòng)機(jī)電風(fēng)扇的電壓變化范圍較大，所以要使用分壓式接法，故1圖比較合理；
（2）C、移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)片，當(dāng)電壓表的讀數(shù)達(dá)到U時(shí)，觀察電風(fēng)扇是否正常工作，若正常工作，記下此時(shí)電壓表的讀數(shù)U和電流表的讀數(shù)I；
（3）輸出的機(jī)械功率P_出=UI-I²r=IU-I²

U0

I0

．
（4）串聯(lián)電路電流相等，兩風(fēng)扇的電壓之和等于6V，根據(jù)圖象可知，當(dāng)電流為0.7A時(shí)，甲的電壓為2V，乙的電壓為4V，正好滿足，作出經(jīng)過0.7A、平行于U軸的直線，描出兩個(gè)工作點(diǎn)，則有：
此時(shí)甲的功率為P_甲=2×0.7W=1.4W，乙的功率為P_乙=4×0.7W=2.8W
故答案為：（1）甲；   （2）C、移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)片，當(dāng)電壓表的讀數(shù)達(dá)到U時(shí)，觀察電風(fēng)扇是否正常工作，若正常工作，記下此時(shí)電壓表的讀數(shù)U和電流表的讀數(shù)I；
D、IU-I²

U0

I0

．
（3）1.4，2.8

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，難度適中．