Question

2．某物理研究性學習小組想測量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，但其他字跡不清楚．該小組成員取出電池，并從電風扇連接的電池的正、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（阻值較�。�，備用電池若干節(jié)，開關、若干導線、固定電池的電池盒．
（1）測量時，選擇的電路圖比較合理的是乙圖（填寫“甲”或“乙”）
（2）該小組進行了如下實驗步驟，請補寫步驟③的實驗操作過程．
①按事先設計的電路連接各元件，并將滑動變阻器的滑動片移動到最左端．
②合上開關，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，讀出電壓表和電流表的示數(shù)分別為U₀、I₀．
③調(diào)節(jié)滑動變阻器，使電壓表讀數(shù)為U，讀出電流表讀致為I；．
④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=$\frac{{I}_{0}U-I{U}_{0}}{{I}_{0}U}$．

Answer 1

分析 （1）由實驗過程并分析不同接法中的誤差可選擇電路圖．
（2）③由題意可知實驗的目的是測量電風扇正常運轉(zhuǎn)時電能轉(zhuǎn)化為機械能的效率；則可分析出實驗中的實驗方法及實驗步驟；
④由測量得出的數(shù)據(jù)利用歐姆定律以及熱功率公式可求得熱功率；根據(jù)可知有關效率的表達式；

解答 解：（1）由題意可知，實驗中應使電動機兩端的電壓應達到額定電壓，而實驗中的風扇是采用兩節(jié)干電池供電，故采用兩節(jié)干電池供電時，電壓稍大于額定電壓，故采用限流接法無法保證達到額定電壓，故應采用分壓接法，故應選用乙圖接法；
（2）電動機輸出的功等于電動機消耗的電能與電阻上產(chǎn)生熱量的差值；由題意可知，要測量能量轉(zhuǎn)化的效率應先測出電機不轉(zhuǎn)時電動機的電阻，則可求得電動機中產(chǎn)生的內(nèi)能；再調(diào)節(jié)滑動變阻器使電風扇正常工作，即電動機兩端的電壓應為U，故應使電壓表讀數(shù)為U，讀出電流表的示數(shù)，則可求得電動機消耗的電能及電動機內(nèi)阻上消耗的內(nèi)能，即可求出效率；
故③應為：調(diào)節(jié)滑動變阻器，使電壓表讀數(shù)為U，讀出電流表讀致為I；
④由歐姆定律可得，電動機內(nèi)阻r=$\frac{{U}_{0}}{{I}_{0}}$； 電動機正常工作時，消耗的電功率為U₀I₀；電動機內(nèi)阻上產(chǎn)生的熱功率為I²r=I²$\frac{{U}_{0}}{{I}_{0}}$；故產(chǎn)生的風能為UI-I²$\frac{{U}_{0}}{{I}_{0}}$；
故工作效率表達式應為：η=$\frac{UI-{I}^{2}\frac{{U}_{0}}{{I}_{0}}}{UI}$=$\frac{{I}_{0}U-I{U}_{0}}{{I}_{0}U}$；
故答案為：（1）乙；（2）③、調(diào)節(jié)滑動變阻器，使電壓表讀數(shù)為U，讀出電流表數(shù)值為I；④$\frac{{I}_{0}U-I{U}_{0}}{{I}_{0}U}$；

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；同時要求我們在解題時要注意認真分析實驗的目的、原理及題目中給出的實驗步驟，從中找出解決題目的關鍵．