Question

16．某研究性學習小組，要探究一個標有“6V、0.5A”微型直流電動機的輸出功率．該微型電動機的線圈由銅導線繞制而成，阻值約為1.1Ω．為了測量電動機正常工作時的輸出功率，需先較準確地測量電動機的電阻，實驗室備有如下器材：
A．直流電源E：8V，內阻不計
B．直流電流表A₁：0-0.6A，內阻約為0.5Ω
C．直流電流表A₂：0-3A，內阻約為0.1Ω
D．直流電壓表V₁：0-3V，內阻約為5kΩ，
E．直流電壓表V₂：0-15V，內阻約為15kΩ，
F．滑動變阻器R₁：0-10Ω，額定電流為2A
G．滑動變阻器R₂：1 000Ω，額定電流為2A
H．標準電阻R₃：3Ω
I．標準電阻R₄：50Ω
在實驗前，該學習小組查閱了相關資料，得知該電動機在實際電壓不足額定電壓的50%時，不能轉動．
（1）電流表應選擇B，電壓表應選擇D，滑動變阻器應選擇F．（填寫器材前的代號）
（2）用M表示電動機，要求所選用的兩只電表能同時出現超過其量程的示數$\frac{1}{3}$，在虛線框內畫出較準確測定電動機線圈內阻的電路圖．
（3）若電壓表的示數為0.8V，電流表的示數為0.2A，電動機線圈電阻為1.0Ω；該電動機正常工作時輸出的機械功率為2.8W．（結果保留兩位有效數字）

Answer 1

分析 （1）從而測量的精確性角度考慮，選擇電壓表和電流表的量程，測量電動機內阻時，電動機需不轉動，通過歐姆定律求出電動機的內阻；根據題意確定滑動變阻器與電流表的接法選擇滑動變阻器．
（2）根據題意確定滑動變阻器與電流表的接法，然后作出電路圖．
（3）測電阻時應控制電動機不轉，由歐姆定律求出線圈電阻，應用電功公式求出輸出功率．

解答 解：（1）測電動機線圈電阻，應控制電動機不轉，測出電動機兩端電壓與通過電動機的電流，電動機不轉時，通過電動機的電流與電動機兩端電壓都很小，電流表選B：A₁，電壓表選D：V₁；電動機不轉時，兩端最大電壓約為：U=0.5×0.8=0.4V，滑動變阻器應采用分壓接法，所以要選擇最大值比較小的滑動變阻器F．
（2）電動機不轉時，兩端最大電壓約為：U=0.5×0.8=0.4V，滑動變阻器應采用分壓接法，電動機線圈電阻約為0.8Ω，電流表內阻約為0.5Ω，電壓表內阻約為5kΩ，電流表應采用外接法，因線圈的電阻太小，因此為保護電動機，則將定值電阻與電動機串聯，實驗電路圖如圖所示：

（3）電動機線圈電阻：r=$\frac{U}{I}$-R₂=$\frac{2}{0.5}$-3.0=1.0Ω，電動機正常工作時，總功率：P=UI=6×0.5=3W，
線圈產生的熱功率：P_Q=I²r=0.5²×1=0.25W，
電動機正常工作輸出的機械功率：P_機械=P-P_Q=3-0.25=2.75W≈2.8W；
故答案為：（1）B，D，F；（2）如圖所示；（3）1.0；2.8．

點評 解決本題的關鍵知道器材選取的原則，即精確、安全，以及知道電動機正常工作時輸入功率等于輸出功率與內部消耗功率之和．