Question

14．研究小组要测定某直流电动机正常工作时的机械功率，电动机铭牌上只有额定电压为10V，其它字迹不清楚．现实验室提供的器材有电流表、电压表、滑动变阻器（阻值较小）、备用蓄电池，开关、若干导线、细线、重物．

（1）小组成员设计如图甲、乙两个测量电路，其中比较合理的是乙（填写“甲”或“乙”）图．
（2）根据选取的电路图完成丙图中用电动机提升重物的实物电路连接．
（3）闭合电键前应将丙图中的滑动变阻器的滑片移到最左（填“左”或“右”）端．闭合电键后移动滑动变阻器，使电压表和电流表都有明显的示数，但电动机并未转动，读出此时电压表和电流表的示数分別为2.0V、1.0A．继续移动滑动变阻器的滑片，将电压表的示数调为10.0V，这时电流表的示数为0.4A．设电动机内阻不随温度变化，此时电动机输出的机械功率为3.7W，若重物重为8N，当重物匀速上升时速度大小为0.64m/s．（结果均保留两位有效数字）

Answer 1

分析 （1）测电动机的效率实验，需要测出电动机的内阻，即电动机通电后不能正常工作，电动机不转时的电流与电压，然后求出电动机内阻；然后求出电动机正常工作时的电压与电流，因此电压表与电流表的示数变化范围较大，据此选择实验电路．
（2）根据电路图连接实物电路图．
（3）滑动变阻器采用分压接法时，为保护电路在闭合开关前滑片要置于分压电路分压为零的位置；根据电压与电流应用电功率公式P=UI求出功率，应用P=Fv求出重物的速度．

解答 解：（1）实验要求电压表与电流表的示数变化范围较大，滑动变阻器应采用分压接法，故选择图乙所示电路．
（2）根据电路图连接实物电路图，实物电路图如图所示：

（3）滑动变阻器采用分压接法，为保护电路，闭合电键前应将丙图中的滑动变阻器的滑片移到最左端．
闭合电键后移动滑动变阻器，电动机并未转动，读出此时电压表和电流表的示数分別为2.0V、1.0A，电动机内阻为：r=$\frac{{U}_{1}}{{I}_{1}}$=$\frac{2.0V}{1.0A}$=2Ω．
电动机在额定电压10.0V下正常工作，此时电流表的示数为0.4A，电动机的总功率为：P=UI=10.0×0.4=4W，
电动机的热功率：P_热=I²r=0.4²×2=0.32W，
此时电动机输出的机械功率：P_机械=P-P_热=4-0.32=3.68W≈3.7W，
P_机械=Fv=Gv，重物匀速上升时的速度大小：v=$\frac{{P}_{机械}}{G}$=$\frac{3.7}{8}$≈0.46m/s．
故答案为：（1）乙；（2）电路图如图所示；（3）3.7；0.64．

点评 电动机的总功率等于机械功率与热功率之和，根据题意应用欧姆定律求出电动机的内阻，然后应用功率公式求出电动机的热功率，然后可以求出电动机的机械功率；应用P=Fv可以求出物体的速度．