Question

15．為測(cè)繪一個(gè)標(biāo)有“4V 2.4W”小電風(fēng)扇（線圈電阻恒定）的伏安特性曲線，電風(fēng)扇兩端的電壓需要從零逐漸增加到4V，并便于操作，實(shí)驗(yàn)室備有下列器材：
A．電池組（電動(dòng)勢(shì)為4.5V，內(nèi)阻約1Ω）
B．電壓表（量程為0～6V，內(nèi)阻約4kΩ）
C．電流表（量程為0～0.6A，內(nèi)阻約0.2Ω）
D．電流表（量程為0～3A，內(nèi)阻約0.05Ω）
E．滑動(dòng)變阻器R₁（最大阻值20Ω，額定電流1A）
F．滑動(dòng)變阻器R₂（最大阻值1750Ω，額定電流0.3A）
G．開(kāi)關(guān)和導(dǎo)線若干
（1）實(shí)驗(yàn)中所用的電流表應(yīng)選C（填“C”或“D”），滑動(dòng)變阻器應(yīng)選E（填“E”或“F”）．
（2）請(qǐng)用筆畫線代替導(dǎo)線將實(shí)物圖連接成符合這個(gè)實(shí)驗(yàn)要求的電路．
（3）閉合開(kāi)關(guān)，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，當(dāng)電壓表示數(shù)大于0.5V時(shí)電風(fēng)扇才開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，小電風(fēng)扇的伏安特性曲線如圖所示，則電風(fēng)扇的電阻為2.5Ω．正常工作時(shí)的機(jī)械功率為1.5W．

Answer 1

分析 （1）選擇器材需安全、精確，根據(jù)電風(fēng)扇的額定電流確定電流表的量程，通過(guò)電風(fēng)扇電阻的大約值，從測(cè)量的誤差和可操作性角度選擇滑動(dòng)變阻器．
（2）測(cè)量伏安特性電流、電壓需從零開(kāi)始測(cè)起，滑動(dòng)變阻器需采用分壓式接法，根據(jù)電風(fēng)扇內(nèi)阻的大小確定電流表的內(nèi)外接．
（3）電壓表讀數(shù)小于0.5V時(shí)電風(fēng)扇沒(méi)啟動(dòng)．電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，根據(jù)歐姆定律求出電風(fēng)扇的電阻，正常工作時(shí)根據(jù)電流和內(nèi)阻求出發(fā)熱功率，根據(jù)輸入功率，通過(guò)能量守恒求出機(jī)械功率．

解答 解：①電風(fēng)扇的額定電流I=$\frac{P}{U}$=0.6A，從讀數(shù)誤差的角度考慮，電流表選擇C．電風(fēng)扇的電阻比較小，則滑動(dòng)變阻器選擇總電阻為10Ω的誤差較小，即選擇E．
②因?yàn)殡妷弘娏餍鑿牧汩_(kāi)始測(cè)起，則滑動(dòng)變阻器采用分壓式接法，電風(fēng)扇的電阻大約R=$\frac{{U}^{2}}{P}$≈6.67Ω，遠(yuǎn)小于電壓表內(nèi)阻，屬于小電阻，電流表采用外接法．電路圖如圖所示．則可知對(duì)應(yīng)的實(shí)物圖如圖所示；

③電壓表讀數(shù)小于0.5V時(shí)電風(fēng)扇沒(méi)啟動(dòng)．根據(jù)歐姆定律得，
R=$\frac{U}{I}$=$\frac{0.5}{0.2}$=2.5Ω．
正常工作時(shí)電壓為4V，根據(jù)圖象知電流為0.6A，
則電風(fēng)扇發(fā)熱功率P=I²R=0.36×2.5W=0.9W，
則機(jī)械功率P′=UI-I²R=2.4-0.9=1.5W．
故答案為：（1）C、E  （2）如圖所示  （3）2.5，1.5．

點(diǎn)評(píng) 解決本題的關(guān)鍵掌握器材選取的原則，即安全，精確．以及知道滑動(dòng)變阻器分壓式和限流式接法的區(qū)別，電流表內(nèi)外接的區(qū)別．
知道有電動(dòng)機(jī)存在的電路是非純電阻電路，清楚電風(fēng)扇沒(méi)啟動(dòng)時(shí)電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，正常工作時(shí)電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和機(jī)械能．