Question

7．小新同學(xué)在學(xué)校做了測(cè)定小燈泡額定功率的實(shí)驗(yàn)后，想繼續(xù)測(cè)量家里的小玩具電動(dòng)機(jī)的功率，他設(shè)計(jì)的電路圖如圖1：

（1）按照電路圖連接好實(shí)物圖2．
（2）小新同學(xué)按電路圖連接好電路后，閉合開關(guān)發(fā)現(xiàn)電壓表讀數(shù)為0.4V，電流表讀數(shù)為0.2A，此時(shí)電動(dòng)機(jī)沒轉(zhuǎn)，接著應(yīng)向左移動(dòng)變阻器的滑片，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)．
（3）當(dāng)電壓表示數(shù)為2.0V，電流表示數(shù)為0.30A時(shí)，電動(dòng)機(jī)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，則電動(dòng)機(jī)消耗的電功率為0.6W，輸出的機(jī)械功率為0.52W．
（4）根據(jù)所測(cè)量的數(shù)據(jù)，可得出電動(dòng)機(jī)相比熱機(jī)一個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)：電動(dòng)機(jī)的效率高．

Answer 1

分析 （1）因電源電壓為3V，所以電壓表選用小量程，由（3）提示，電流表選用小量程；對(duì)照電路圖連接實(shí)物圖，注意變阻器滑片左邊電阻絲連入電路中；
（2）由數(shù)據(jù)知，電動(dòng)機(jī)的電壓太小，所以增大電動(dòng)機(jī)的電壓，根據(jù)分壓原理確定滑片移動(dòng)的方向；
（3）根據(jù)P=U′I′求出電動(dòng)機(jī)消耗的電功率，由（2）中的數(shù)據(jù)求出電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱功率P_熱，兩者之差即為輸出的機(jī)械功率；
（4）比較電動(dòng)機(jī)與熱機(jī)的效率大小，得出電動(dòng)機(jī)相比熱機(jī)一個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)．

解答 解：
（1）因電源電壓為3V，所以電壓表選用小量程，由（3）提示，電流表選用小量程；對(duì)照電路圖連接實(shí)物圖，變阻器滑片左邊電阻絲連入電路中；

（2）由題中數(shù)據(jù)知，電動(dòng)機(jī)的電壓只有0.4V，太小，所以應(yīng)增加電動(dòng)機(jī)的電壓，減小變阻器分得的電壓，根據(jù)分壓原理，應(yīng)減小變阻器連入電路中的電阻大小，所以滑片向左移動(dòng)；
（3）由（2）知，閉合開關(guān)發(fā)現(xiàn)電壓表讀數(shù)為0.4V，電流表讀數(shù)為0.2A，此時(shí)電動(dòng)機(jī)沒轉(zhuǎn)，說明沒有電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，只是電能轉(zhuǎn)化為了內(nèi)能，電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱功率P_熱=UI=0.4V×0.2A=0.08W；而當(dāng)電壓表示數(shù)為2.0V，電流表示數(shù)為0.30A時(shí)，電動(dòng)機(jī)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)消耗的電功率為P=U′I′=2.0V×0.30A=0.6W，則電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)化為的機(jī)械功率
P_機(jī)=P-P_熱=0.6W-0.08E=0.52W；
（4）由上面的數(shù)據(jù)知，電動(dòng)機(jī)消耗的絕大部分電功率都轉(zhuǎn)化為了機(jī)械功率了，損耗的較小，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)化為機(jī)械功率的效率η=$\frac{{P}_{機(jī)}}{P}$×100%=$\frac{0.52W}{0.6W}$×100%=86.7%，
而熱機(jī)中的大部分能量損耗掉了，能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能被利用的只是總能量其中的一小部分，熱機(jī)的效率一般在40%以下，所以，電動(dòng)機(jī)相比熱機(jī)一個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)：是電動(dòng)機(jī)的效率高．
故答案為：（1）實(shí)物圖如上圖所示；
（2）向左移動(dòng)變阻器的滑片；
（3）0.6；0.52；
（4）電動(dòng)機(jī)的效率高．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查非純電阻電路的功率計(jì)算．所謂非純電阻電路，指電路除將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能外，還有一部分輪為機(jī)械能的電路，如含有電動(dòng)機(jī)的電路即為非純電阻電路．P=UI是計(jì)算電功率的普適公式．