Question

用如圖甲所示的裝置探究直流電機轉(zhuǎn)動時線圈的電熱功率與輸入電流的關系，圖中電路圖未畫出，現(xiàn)備有如下實驗器材：
A．直流電機M（3.0V，1W）
B．3V直流電源
C．電流表（0-0.6A，0.5Ω）
D．電流表（0-3A，0.1Ω）
E．電壓表（0-3V，內(nèi)阻約3kΩ）
F．滑動變阻器（0-5Ω）
G．開關、導線若干
H．秒表
I．電火花打點計時器
J．重錘P（約0.1kg）
K．紙帶          
L．刻度尺
M．彈簧測力計    
N．游標卡尺
（1）為測量電機線圈的電熱功率，上述提供的器材中多余的是

 

（寫出器材序號）；
（2）根據(jù)實驗要求，在圖甲虛線框內(nèi)畫全實驗電路圖；
（3）實驗中，若測出電壓表的讀數(shù)為u，電流表的讀數(shù)為I，重錘的重力為G，電機勻速提升重物的速度為v，則電機線圈的電熱功率可表示為

 

；若在某一輸入電流下，電機提升重錘運動時打點紙帶如圖乙所示（圖中相鄰計數(shù)點的時間間隔T=0.04s），根據(jù)紙帶數(shù)據(jù)，可求得重錘勻速向上運動時的速度v=

 

m/s；
（4）改變電路中的電流，得出電機線圈在不同電流I下的電熱功率P_熱，作出P_熱-I²圖線如圖丙中實線所示，發(fā)現(xiàn)實驗圖線與理論圖線存在較大偏差，你認為偏差的原因可能是

 

．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)電機的電壓和功率，分析最大電流，判斷電流表的量程，而秒表和游標卡尺明顯是多余的器材．
（2）根據(jù)題意電壓表測電動機兩端的電壓，電流表測電動機的電流，電源和變阻器提供電壓．根據(jù)此原理可補全電路．
（3）根據(jù)能量守恒：輸入電機的電功率等于電機先去的電熱功率加上電機的輸出功率．
（4）P_熱-I²圖線的理論圖線的斜率表示線圈的電阻R_A，實際圖線的斜率會增大的原因是線圈中電阻隨溫度升高而增大．

解答：解：（1）直流電機M（3.0V，1W），即正常工作時的最大電流為1A，所以電流表（0-0.6A，0.5Ω）即可，而電流表（0-3A，0.1Ω）量程過大不需要．故D多余．
此題不需要測時間，也不需要游標卡尺測長度，故H、N都是多余的．
故多余的器材為：DHN．
（2）實驗電路圖如右圖所示：
（3）根據(jù)能量守恒定律：輸入電機的電功率等于電機先去的電熱功率加上電機的輸出功率，所以
P_熱=uI-GV 
根據(jù)紙帶分析可知勻速運動的速度為：v=

x

T

=

2.20×10-2

0.04

=0.555m/s 
（4）因為P_熱=I²R_A，所以P_熱-I²圖線的理論圖線的斜率表示線圈的電阻R_A，實際圖線的斜率會增大的原因是線圈中電阻隨溫度升高而增大．
故答案為；（1）DHN
（2）P_熱=uI-GV
0.55m/s
（3）線圈中電阻隨溫度升高而增大

點評：此題要求把實驗原理搞清楚，這樣才能判斷多余的器材，才能補全電路，才能計算熱功率．