Question

16．某研究性學(xué)習(xí)小組，要探究一個(gè)標(biāo)有“6V、0.5A”微型直流電動(dòng)機(jī)的輸出功率．該微型電動(dòng)機(jī)的線圈由銅導(dǎo)線繞制而成，阻值約為1.1Ω．為了測(cè)量電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)的輸出功率，需先較準(zhǔn)確地測(cè)量電動(dòng)機(jī)的電阻，實(shí)驗(yàn)室備有如下器材：
A．直流電源E：8V，內(nèi)阻不計(jì)
B．直流電流表A₁：0-0.6A，內(nèi)阻約為0.5Ω
C．直流電流表A₂：0-3A，內(nèi)阻約為0.1Ω
D．直流電壓表V₁：0-3V，內(nèi)阻約為5kΩ，
E．直流電壓表V₂：0-15V，內(nèi)阻約為15kΩ，
F．滑動(dòng)變阻器R₁：0-10Ω，額定電流為2A
G．滑動(dòng)變阻器R₂：1 000Ω，額定電流為2A
H．標(biāo)準(zhǔn)電阻R₃：3Ω
I．標(biāo)準(zhǔn)電阻R₄：50Ω
在實(shí)驗(yàn)前，該學(xué)習(xí)小組查閱了相關(guān)資料，得知該電動(dòng)機(jī)在實(shí)際電壓不足額定電壓的50%時(shí)，不能轉(zhuǎn)動(dòng)．
（1）電流表應(yīng)選擇B，電壓表應(yīng)選擇D，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選擇F．（填寫器材前的代號(hào)）
（2）用M表示電動(dòng)機(jī)，要求所選用的兩只電表能同時(shí)出現(xiàn)超過(guò)其量程的示數(shù)$\frac{1}{3}$，在虛線框內(nèi)畫出較準(zhǔn)確測(cè)定電動(dòng)機(jī)線圈內(nèi)阻的電路圖．
（3）若電壓表的示數(shù)為0.8V，電流表的示數(shù)為0.2A，電動(dòng)機(jī)線圈電阻為1.0Ω；該電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)輸出的機(jī)械功率為2.8W．（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）

Answer 1

分析 （1）從而測(cè)量的精確性角度考慮，選擇電壓表和電流表的量程，測(cè)量電動(dòng)機(jī)內(nèi)阻時(shí)，電動(dòng)機(jī)需不轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)歐姆定律求出電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻；根據(jù)題意確定滑動(dòng)變阻器與電流表的接法選擇滑動(dòng)變阻器．
（2）根據(jù)題意確定滑動(dòng)變阻器與電流表的接法，然后作出電路圖．
（3）測(cè)電阻時(shí)應(yīng)控制電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)，由歐姆定律求出線圈電阻，應(yīng)用電功公式求出輸出功率．

解答 解：（1）測(cè)電動(dòng)機(jī)線圈電阻，應(yīng)控制電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)，測(cè)出電動(dòng)機(jī)兩端電壓與通過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流，電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流與電動(dòng)機(jī)兩端電壓都很小，電流表選B：A₁，電壓表選D：V₁；電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)時(shí)，兩端最大電壓約為：U=0.5×0.8=0.4V，滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓接法，所以要選擇最大值比較小的滑動(dòng)變阻器F．
（2）電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)時(shí)，兩端最大電壓約為：U=0.5×0.8=0.4V，滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓接法，電動(dòng)機(jī)線圈電阻約為0.8Ω，電流表內(nèi)阻約為0.5Ω，電壓表內(nèi)阻約為5kΩ，電流表應(yīng)采用外接法，因線圈的電阻太小，因此為保護(hù)電動(dòng)機(jī)，則將定值電阻與電動(dòng)機(jī)串聯(lián)，實(shí)驗(yàn)電路圖如圖所示：

（3）電動(dòng)機(jī)線圈電阻：r=$\frac{U}{I}$-R₂=$\frac{2}{0.5}$-3.0=1.0Ω，電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，總功率：P=UI=6×0.5=3W，
線圈產(chǎn)生的熱功率：P_Q=I²r=0.5²×1=0.25W，
電動(dòng)機(jī)正常工作輸出的機(jī)械功率：P_機(jī)械=P-P_Q=3-0.25=2.75W≈2.8W；
故答案為：（1）B，D，F(xiàn)；（2）如圖所示；（3）1.0；2.8．

點(diǎn)評(píng) 解決本題的關(guān)鍵知道器材選取的原則，即精確、安全，以及知道電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)輸入功率等于輸出功率與內(nèi)部消耗功率之和．