Question

用如图甲所示的装置探究直流电机转动时线圈的电热功率与输入电流的关系，图中电路图未画出．现备有如下实验器材：

A．直流电机M（3.0V 1W）	B．3V直流电源
C．电流表（0-0.6A 0.5Ω）	D．电流表（0-3A 0.1Ω）

E．电压表（0-3V 内阻约3 kΩ）         F．滑动变阻器（0-5Ω）
G．开关、导线若干                       H．秒表
I．电火花打点计时器                        J．重锤P（约0.1kg）
K．纸带                                 L．刻度尺  
M．弹簧测力计                           N．游标卡尺
（1）为测量电机线圈的电热功率，上述提供的器材中多余的是         （写出器材序号）；
（2）根据实验要求，在图甲虚线框内画全实验电路图；

（3）实验中，若测出电压表的读数为U，电流表的读数为I，重锤的重力为G，电机匀速提升重物的速度为v，则电机线圈的电热功率可表示为      ；若在某一输入电流下，电机提升重锤运动时打点纸带如图乙所示（图中相邻计数点的时间间隔T=0.04s），根据纸带数据，可求得重锤匀速向上运动时的速度v=       m/s．
（4）改变电路中的电流，得出电机线圈在不同电流I下的电热功率P_热，作出P_热—I²图线如图丙中实线所示．发现实验图线与理论图线存在较大偏差，你认为产生这种偏差的原因可能是                                                           （回答一个原因即可）．

Answer 1

(1）D、H、N（选对一个得1分，选错一个扣1分，直到扣完为止）（2）如图所示（变阻器画成限流接法同样给分，电路只要有错不给分）

（3） 、 0.55（4）存在摩擦阻力；或电机温度升高，电阻增大．

试题分析：（1）根据电机的电压和功率，分析最大电流，判断电流表的量程，而秒表和游标卡尺明显是多余的器材．
（2）根据题意电压表测电动机两端的电压，电流表测电动机的电流，电源和变阻器提供电压．根据此原理可补全电路．
（3）根据能量守恒：输入电机的电功率等于电机先去的电热功率加上电机的输出功率．
（4）P热-I2图线的理论图线的斜率表示线圈的电阻RA，实际图线的斜率会增大的原因是线圈中电阻随温度升高而增大．
（1）直流电机M（3.0V，1W），即正常工作时的最大电流为1A，所以电流表（0-0.6A，0.5Ω）即可，而电流表（0-3A，0.1Ω）量程过大不需要．故D多余．
此题不需要测时间，也不需要游标卡尺测长度，故H、N都是多余的．
故多余的器材为：DHN．
（2）实验电路图如右图所示：
（3）根据能量守恒定律：输入电机的电功率等于电机先去的电热功率加上电机的输出功率，所以根据纸带分析可知匀速运动的速度为：
（4）因为，所以图线的理论图线的斜率表示线圈的电阻R_A，实际图线的斜率会增大的原因是线圈中电阻随温度升高而增大．
点评：此题要求把实验原理搞清楚，这样才能判断多余的器材，才能补全电路，才能计算热功率．