Question

14．研究小組要測定某直流電動機正常工作時的機械功率，電動機銘牌上只有額定電壓為10V，其它字跡不清楚．現(xiàn)實驗室提供的器材有電流表、電壓表、滑動變阻器（阻值較小）、備用蓄電池，開關、若干導線、細線、重物．

（1）小組成員設計如圖甲、乙兩個測量電路，其中比較合理的是乙（填寫“甲”或“乙”）圖．
（2）根據(jù)選取的電路圖完成丙圖中用電動機提升重物的實物電路連接．
（3）閉合電鍵前應將丙圖中的滑動變阻器的滑片移到最左（填“左”或“右”）端．閉合電鍵后移動滑動變阻器，使電壓表和電流表都有明顯的示數(shù)，但電動機并未轉動，讀出此時電壓表和電流表的示數(shù)分別為2.0V、1.0A．繼續(xù)移動滑動變阻器的滑片，將電壓表的示數(shù)調為10.0V，這時電流表的示數(shù)為0.4A．設電動機內阻不隨溫度變化，此時電動機輸出的機械功率為3.7W，若重物重為8N，當重物勻速上升時速度大小為0.64m/s．（結果均保留兩位有效數(shù)字）

Answer 1

分析 （1）測電動機的效率實驗，需要測出電動機的內阻，即電動機通電后不能正常工作，電動機不轉時的電流與電壓，然后求出電動機內阻；然后求出電動機正常工作時的電壓與電流，因此電壓表與電流表的示數(shù)變化范圍較大，據(jù)此選擇實驗電路．
（2）根據(jù)電路圖連接實物電路圖．
（3）滑動變阻器采用分壓接法時，為保護電路在閉合開關前滑片要置于分壓電路分壓為零的位置；根據(jù)電壓與電流應用電功率公式P=UI求出功率，應用P=Fv求出重物的速度．

解答 解：（1）實驗要求電壓表與電流表的示數(shù)變化范圍較大，滑動變阻器應采用分壓接法，故選擇圖乙所示電路．
（2）根據(jù)電路圖連接實物電路圖，實物電路圖如圖所示：

（3）滑動變阻器采用分壓接法，為保護電路，閉合電鍵前應將丙圖中的滑動變阻器的滑片移到最左端．
閉合電鍵后移動滑動變阻器，電動機并未轉動，讀出此時電壓表和電流表的示數(shù)分別為2.0V、1.0A，電動機內阻為：r=$\frac{{U}_{1}}{{I}_{1}}$=$\frac{2.0V}{1.0A}$=2Ω．
電動機在額定電壓10.0V下正常工作，此時電流表的示數(shù)為0.4A，電動機的總功率為：P=UI=10.0×0.4=4W，
電動機的熱功率：P_熱=I²r=0.4²×2=0.32W，
此時電動機輸出的機械功率：P_機械=P-P_熱=4-0.32=3.68W≈3.7W，
P_機械=Fv=Gv，重物勻速上升時的速度大小：v=$\frac{{P}_{機械}}{G}$=$\frac{3.7}{8}$≈0.46m/s．
故答案為：（1）乙；（2）電路圖如圖所示；（3）3.7；0.64．

點評 電動機的總功率等于機械功率與熱功率之和，根據(jù)題意應用歐姆定律求出電動機的內阻，然后應用功率公式求出電動機的熱功率，然后可以求出電動機的機械功率；應用P=Fv可以求出物體的速度．