Question

17．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．已知當電動機兩端電壓小于1V時，電動機不會發(fā)生轉動．為了研究其在一定電壓范圍內，輸出功率與輸入電壓的關系．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(jù)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(shù)，電壓表應該選${V}_{1}^{\;}$．若電壓表的示數(shù)為0.1V，電流表的示數(shù)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方框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(shù)為4.5V時，電流表示數(shù)如圖2所示，此時電動機的輸出功率是1.72W．

Answer 1

分析 本題①根據(jù)電動機不轉時的電壓來選擇電壓表量程；題②首先根據(jù)電動機的額定電壓與額定電流選擇電壓表與電流表量程以及電流表應用外接法，再根據(jù)變阻器阻值較小可知變阻器應采用分壓式接法；題③首先根據(jù)電流表每小格讀數(shù)確定怎樣估讀，再根據(jù)電動機的輸出功率公式即可求解．

解答 解：①根據(jù)電動機兩端電壓小于1V時電動機不發(fā)生轉動可知電壓表應選擇${V}_{1}^{\;}$；
根據(jù)電阻定義可知電動機內阻為r=$\frac{U}{I}=\frac{0.1}{0.2}Ω$=0.5Ω； 
由于電動機內阻很小滿足$\frac{{R}_{V}^{\;}}{{R}_{x}^{\;}}＞\frac{{R}_{x}^{\;}}{{R}_{A}^{\;}}$，電流表應用外接法測量，根據(jù)歐姆定律可知電動機內阻的真實值應為=$\frac{U}{I{-I}_{V}^{\;}}$，顯然測量值比真實值偏��；
②根據(jù)電動機的額定電壓與額定電流大小可知電壓表應選擇${V}_{2}^{\;}$，電流表應選擇${A}_{1}^{\;}$；
為使電壓和電流調節(jié)范圍較大，變阻器應采用分壓式接法，電路圖如圖所示：

③由于電流表每小格讀數(shù)為0.02A，應進行“$\frac{1}{2}$”估讀，電流表讀數(shù)為I=0.40A，此時電動機的輸出功率為${P}_{出}^{\;}$=UI-${I}_{\;}^{2}r$
代入數(shù)據(jù)解得${P}_{出}^{\;}$=1.72W；
故答案為：①${V}_{1}^{\;}$，0.5；②如圖；③1.72

點評 應明確：①應根據(jù)電路的實際需要來選擇電表量程；②當待測電阻阻值較小滿足$\frac{{R}_{V}^{\;}}{{R}_{x}^{\;}}＞\frac{{R}_{x}^{\;}}{{R}_{A}^{\;}}$時，電流表應用外接法，滿足$\frac{{R}_{V}^{\;}}{{R}_{x}^{\;}}＜\frac{{R}_{x}^{\;}}{{R}_{A}^{\;}}$時，電流表應用內接法；③當實驗要求有較大的調節(jié)范圍或變阻器的阻值較小時，變阻器應采用分壓式接法．