Question

1．某同學用如圖所示的裝置來測定一玩具電動機在穩定狀態下的輸出功率．
實驗器材：玩具電動機、帶有兩個固定鐵夾的鐵架臺、電磁打點計時器、低壓交流電源、重錘、細線、米尺、紙帶、復寫紙片、天平等．
實驗步驟：

①如圖1所示，將玩具電動機和電磁打點計時器固定在鐵架臺上，并與電源接好，把一根細線固定在電動機的轉輪上，細線下端連接在重錘上端，將紙帶的一端穿過打點計時器的限位孔后，固定在重錘上；
②啟動玩具電動機帶動重錘上升，接通打點計時器電源讓其開始打點；
③經過一段時間，關閉打點計時器和電動機，取下紙帶，進行測量；
④用天平測出重錘的質量．
已知交流電源周期T=0.02s，某次實驗測得重錘的質量為400.0g，得到的紙帶的一段如圖2所示．
試回答下列問題：（重力加速度g=10.0m/s²）
（1）由紙帶上打下的點，可以判斷該時間內重錘做勻速直線運動；
（2）由已知量和測得量求得玩具電動機的輸出功率P=1.8W；
（3）若已知電動機的輸入電壓恒為2V，通過電動機的電流為1A，則電動機的內阻r=0.2?．

Answer 1

分析 （1）根據紙帶上的點距的變化來確定運動情況；
（2）由于物體勻速運動，重力功率等于電動機輸出功率功率，因此根據功率公式P=FV可以求出電動機輸出功率；
（3）根據能量守恒列出電動機的輸入功率、輸出功率和內部發熱的關系式，即可求得r

解答 解：（1）因為紙帶上各點之間的間距相等，故重錘做的是勻速直線運動．
（2）因勻速直線運動，電動機的動力為：F=mg=0.4×10N=4N
6個間距為L=5.40cm=0.0540m，歷時t=6T=6×0.02=0.12s，因此其速度大小為：v=$\frac{L}{t}$=$\frac{0.054}{0.12}$=0.45m/s
所以輸出功率為：P=Fv=mgv=4×0.45W=1.8W
（3）由能量守恒得：UI=I²r+P
則得：r=$\frac{UI-P}{{I}^{2}}$=$\frac{2×1-1.8}{{1}^{2}}$=0.2（Ω）
故答案為：（1）勻速直線； （2）1.8；（3）0.2

點評 明確實驗原理，熟練應用物理基本規律解決實驗問題，注意基本公式的應用要點，如單位要統一，及實驗誤差分析，摩擦是實驗誤差的重要來原之一