Question

20．某一小型電風(fēng)扇額定電壓為4.0V，額定功率為2.4W．某實(shí)驗(yàn)小組想通過實(shí)驗(yàn)描繪出小電風(fēng)扇的伏安特性曲線．實(shí)驗(yàn)中除導(dǎo)線和開關(guān)外，還有以下器材可供選擇：
A．電源E（電動勢為4.5V）
B．電壓表V（量程為0～5V，內(nèi)阻約為4kΩ）
C．電流表A₁（量程為0～0.6A，內(nèi)阻約為0.2Ω）
D．電流表A₂（量程3A，內(nèi)阻約0.05Ω）；
E．滑動變阻器R₁（最大阻值10Ω，額定電流1A）
F．滑動變阻器R₂（最大阻值2kΩ，額定電流100mA）

①為了便于調(diào)節(jié)，減小讀數(shù)誤差和系統(tǒng)誤差，實(shí)驗(yàn)中所用電流表應(yīng)選用C，滑動變阻器應(yīng)選用E．（填所選儀器前的字母序號）．
②請你為該小組設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路，并把電路圖畫在虛線內(nèi)（小電風(fēng)扇的電路符號如圖1所示）．
③操作過程中發(fā)現(xiàn)，小電風(fēng)扇通電后受阻力作用，電壓表讀數(shù)小于0.5V時(shí)電風(fēng)扇沒啟動．該小組測繪出的小電風(fēng)扇的伏安特性曲線如圖2所示，由此可以判定，正常工作時(shí)的發(fā)熱功率為0.9W，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，通過電風(fēng)扇電阻的大約值，從測量的誤差和可操作性角度選擇滑動變阻器．
②測量伏安特性電流、電壓需從零開始測起，滑動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)扇沒啟動．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_始測起，則滑動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．

③電壓表讀數(shù)小于0.5V時(shí)電風(fēng)扇沒啟動．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：①C、E ②如圖所示 ③2.5Ω，0.9W，1.5W．

點(diǎn)評 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．
知道有電動機(jī)存在的電路是非純電阻電路，清楚電風(fēng)扇沒啟動時(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．