Question

市場上有一種在蚊帳內(nèi)使用的小型直流電動機電風扇．某物理研究型學(xué)習(xí)小組想測定電風扇正常運行時的機械功率，于是找到了一臺這樣的電風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，并從電風扇連接電池的正、負兩極各接出一條引線．提供的器材有電流表、電壓表、滑動變阻器、備用電池若干節(jié)、電鍵、若干導(dǎo)線、固定電池的電池盒．
（1）測量時，選擇的電路圖比較合理的是

圖1

圖（選填“圖1”或“圖2”）．
（2）該小組進行了如下的實驗步驟：
（A）按事先設(shè)計的電路連接各元件，并將變阻器的滑動片移動到最左端；
（B）合上開關(guān)，將滑動片從最左端開始緩慢向右移動，使電壓表和電流表都有明顯的示數(shù)，但電風扇并未轉(zhuǎn)動，讀出此時電壓表和電流表的讀數(shù)分別為U₀、I₀；
（C）…；請補寫步驟（C）的實驗操作過程：

移動滑動變阻器的滑動片，當電壓表的讀數(shù)達到U時，觀察電風扇是否正常工作，若正常工作，記下此時電壓表的讀數(shù)U和電流表的讀數(shù)I

．
（D）用測得的物理量表示電動機M正常運轉(zhuǎn)時輸出的機械功率P_輸出=

IU-I²

U0

I0

．

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

1.4

W，乙的實際功率為

2.8

 W．
（要求保留作圖求解的痕跡）

Answer 1

分析：設(shè)計實驗時要求直流電動機電風扇的電壓變化范圍較大，移動滑動變阻器的滑動片，第三步要求出電動機正常工作時的功率，所以要移動滑動變阻器的滑動片，當電壓表的讀數(shù)達到U時，觀察電風扇是否正常工作，若正常工作，記下此時電壓表的讀數(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，要求時間功率時，根據(jù)圖象可知，當電流為0.7A時，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的交點即為該風扇的時間電壓和電流，根據(jù)功率公式即可求解實際功率．

解答：解：（1）設(shè)計實驗時要求直流電動機電風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、移動滑動變阻器的滑動片，當電壓表的讀數(shù)達到U時，觀察電風扇是否正常工作，若正常工作，記下此時電壓表的讀數(shù)U和電流表的讀數(shù)I；
（3）輸出的機械功率P_出=UI-I²r=IU-I²

U0

I0

．
（4）串聯(lián)電路電流相等，兩風扇的電壓之和等于6V，根據(jù)圖象可知，當電流為0.7A時，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，描出兩個工作點，則有：
此時甲的功率為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、移動滑動變阻器的滑動片，當電壓表的讀數(shù)達到U時，觀察電風扇是否正常工作，若正常工作，記下此時電壓表的讀數(shù)U和電流表的讀數(shù)I；
D、IU-I²

U0

I0

．
（3）1.4，2.8

點評：本題要知道電風扇是非純電阻電路，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．