Question

15．為測繪一個標有“4V 2.4W”小電風扇（線圈電阻恒定）的伏安特性曲線，電風扇兩端的電壓需要從零逐漸增加到4V，并便于操作，實驗室備有下列器材：
A．電池組（電動勢為4.5V，內阻約1Ω）
B．電壓表（量程為0～6V，內阻約4kΩ）
C．電流表（量程為0～0.6A，內阻約0.2Ω）
D．電流表（量程為0～3A，內阻約0.05Ω）
E．滑動變阻器R₁（最大阻值20Ω，額定電流1A）
F．滑動變阻器R₂（最大阻值1750Ω，額定電流0.3A）
G．開關和導線若干
（1）實驗中所用的電流表應選C（填“C”或“D”），滑動變阻器應選E（填“E”或“F”）．
（2）請用筆畫線代替導線將實物圖連接成符合這個實驗要求的電路．
（3）閉合開關，移動滑動變阻器的滑片，當電壓表示數(shù)大于0.5V時電風扇才開始轉動，小電風扇的伏安特性曲線如圖所示，則電風扇的電阻為2.5Ω．正常工作時的機械功率為1.5W．

Answer 1

分析 （1）選擇器材需安全、精確，根據電風扇的額定電流確定電流表的量程，通過電風扇電阻的大約值，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，根據電風扇內阻的大小確定電流表的內外接．
（3）電壓表讀數(shù)小于0.5V時電風扇沒啟動．電能全部轉化為內能，根據歐姆定律求出電風扇的電阻，正常工作時根據電流和內阻求出發(fā)熱功率，根據輸入功率，通過能量守恒求出機械功率．

解答 解：①電風扇的額定電流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因為電壓電流需從零開始測起，則滑動變阻器采用分壓式接法，電風扇的電阻大約R=$\frac{{U}^{2}}{P}$≈6.67Ω，遠小于電壓表內阻，屬于小電阻，電流表采用外接法．電路圖如圖所示．則可知對應的實物圖如圖所示；

③電壓表讀數(shù)小于0.5V時電風扇沒啟動．根據歐姆定律得，
R=$\frac{U}{I}$=$\frac{0.5}{0.2}$=2.5Ω．
正常工作時電壓為4V，根據圖象知電流為0.6A，
則電風扇發(fā)熱功率P=I²R=0.36×2.5W=0.9W，
則機械功率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．

點評 解決本題的關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，電流表內外接的區(qū)別．
知道有電動機存在的電路是非純電阻電路，清楚電風扇沒啟動時電能全部轉化為內能，正常工作時電能轉化為內能和機械能．