Question

9．某物理“科技制作”小組裝配一臺小直流電動機，其額定電壓5V，額定電流0.5A，線圈繞阻小于1Ω．為了進一步研究其在一定電壓范圍內，輸出功率與輸入電壓的關系，需要進一步做實驗，請你幫助該小組完成該項工作．已知學校實驗室提供的器材有：
直流電源E，電壓6V，內阻不計；
小直流電動機M；
電壓表V₁，量程0～0.6V，內阻約3kΩ；
電壓表V₂，量程0～6V，內阻約15kΩ；
電流表A₁，量程0～0.6A，內阻約1Ω；
電流表A₂，量程0～3A，內阻約0.5Ω；
滑動變阻器R，0～10Ω，2A；
電鍵S一只，導線若干．
（1）首先要比較精確測量電動機的線圈繞阻r．根據合理的電路進行測量時，要控制電動機不轉動，調節(jié)滑動變阻器，使電壓表和電流表有合適的示數，電壓表應該選V₁．若電壓表的示數為0.1V，電流表的示數為0.2A，則內阻r=0.5Ω，這個結果比真實值偏�。ㄟx填“大”或“小”）．
（2）在圖1中畫出研究電動機的輸出功率與輸入電壓的關系的實驗電路圖．（標明所選器材的符號）
（3）當電壓表的示數為4.5V時，電流表示數如圖2所示為0.40A，此時電動機的輸出功率是1.72W．

Answer 1

分析 （1）由題目中的已知條件可知，電機兩端的電壓，則可選擇電壓表；由歐姆定律可求得內阻；根據電路的特點可分析實驗誤差；
（2）要測出輸出功率與輸入電壓的關系，可以采用分壓接法，由電壓表測電動機兩端的電壓，由P=UI求得功率；
（3）由圖可讀出電流表的示數，則由功率公式可求得電動機的總功率及內部電阻消耗的功率，則可求同電動機的輸出功率．

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，故應選取V₁，可以使讀數更準確；內阻為：r=$\frac{U}{I}$=$\frac{0.1}{0.2}$=0.5Ω； 因實驗中采用電流表外接法，故電流表示數偏大，使測量結果偏��；
（2）電路采用電壓表測電動機兩端的電壓，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系；因滑動變阻器較小，限流接法無法起到保護作用；故應用分壓接法；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，則電動機消耗的功率為：P=UI=4.5V×0.3985A=1.80W；電動機內部電阻上消耗的功率為：P₁=I²r=0.08W；則電動機的輸出功率為：P_出=1.80-0.08W=1.72W．
故答案為：（1）V₁，0.5，��；（2）如圖所示；（3）0.40；1.72

點評 本題考查描繪伏安特性曲線的實驗；要注意在儀表的選擇中要注意應使測量結果更準確和安全，故電表的量程應略大于電路中可能出現的最大電流；在接法中要注意根據各電器內阻的大小，靈活選擇對應的接法．