题目内容

5．市场上有一种用两节干电池供电的小型电风扇．某物理研究小组想粗测电风扇正常运转时电能转化为机械能的效率．于是找到了一台该种电风扇并从铭牌上读出了额定电压U，但是其它字迹看不清楚．该研究小组成员打开电风扇底座上的电源盖并取出了两节电池，并从电风扇装电池处两端各接出一条引线，手边提供的器材有电流表，电压表，滑动变阻器，备用电池若干节，电键，若干导线，固定电池的电池盒． 
（a）该小组进行了如下的部分实验步骤，请写出第三步实验过程
①按事先设计的电路连接各元件，并使滑片处于使电路电阻最大处
②合上开关，使滑片从最左端开始缓慢移动，使电压表和电流表都有明显的读数，但电风扇并未转动，读出此时的电压表和电流表读数U0、Ⅰ0．
③继续向右调节滑动变阻器，使电压表读数为U，读出电流表读数为I，
④用测的量表示出电动机正常运转时的效率的表达式$\frac{{{I_0}U-I{U_0}}}{{{I_0}U}}$．
（b）按上述实验过程，本实验的电路图应选择甲（填“甲”或“乙”）

分析 由题意可知实验的目的是测量电风扇正常运转时电能转化为机械能的效率；则可分析出实验中的实验方法及实验步骤；由测量得出的数据可知有关效率的表达式；由实验过程并分析不同接法中的误差可选择电路图．

解答 解：（a）电动机输出的功等于电动机消耗的电能与电阻上产生热量的差值；由题意可知，要测量能量转化的效率应先测出电机不转时电动机的电阻，则可求得电动机中产生的内能；再调节滑动变阻器使电风扇正常工作，即电动机两端的电压应为U，故应使电压表读数为U，读出电流表的示数，则可求得电动机消耗的电能及电动机内阻上消耗的内能，即可求出效率；
故③应为：调节滑动变阻器，使电压表读数为U，读出电流表读致为I；
④由欧姆定律可得，电动机内阻r=$\frac{{U}_{0}}{{I}_{0}}$； 电动机正常工作时，消耗的电功率为U0I0；电动机内阻上产生的热功率为I2r=I2$\frac{{U}_{0}}{{I}_{0}}$；故产生的风能为UI-I2$\frac{{U}_{0}}{{I}_{0}}$；
故工作效率表达式应为：UI-I$\frac{UI-{I}_{\;}^{2}\frac{{U}_{0}}{{I}_{0}}}{UI}$=$\frac{{I}_{0}U-I{U}_{0}}{{I}_{0}U}$；
（b）由题意可知，实验中应使电动机两端的电压应达到额定电压，而实验中的风扇是采用两节干电池供电，故采用两节干电池供电时，电压稍大于额定电压，故采用限流接法无法保证达到额定电压，故应采用分压接法，故应选用甲图接法；
故答案为：（a）③电压表读数为U，读出电流表读数为I；④$\frac{{{I_0}U-I{U_0}}}{{{I_0}U}}$；（b）甲．

点评 对于实验的考查转向为考查设计性实验，要求我们在解题时要注意认真分析实验的目的、原理及题目中给出的实验步骤，从中找出解决题目的关键．

练习册系列答案
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15．三个电阻器按照如图所示的电路连接，其阻值之比为R1：R2：R3=1：3：6，则电路工作时，通过三个电阻器R1、R2、R3上的电流之比I1：I2：I3为（　　）
A．6：3：1B．1：3：6C．6：2：1D．3：2：1
16．若实验中，算出各点的时刻所对应的瞬时速度，计算加速度最合理的方法是（　　）
A．根据实验数据画出图出v-t图，量出倾斜角α，由a=tanα，求出加速度
B．根据实验数据正确画出v-t图，由图线上的一点对应的坐标（t，v），a=$\frac{V}{t}$
C．根据实验数据正确画出v--t图，由图线上距离较大的两点对应的坐标（t，v），按求斜率的方法计算出加速度
D．根据实验数据正确画出v-t图，由图线上距离较近的两点对应的坐标（t，v），按求斜率的方法计算出加速度
13．转笔（Pen Spinning）是一项用不同的方法与技巧、以手指来转动笔的休闲活动，如图所示．转笔深受广大中学生的喜爱，其中也包含了许多的物理知识，假设某转笔高手能让笔绕其上的某一点O做匀速圆周运动，下列有关该同学转笔中涉及到的物理知识的叙述正确的是（　　）
A．笔杆上的点离O点越近的，做圆周运动的向心加速度越小
B．笔杆上的各点做圆周运动的向心力是由万有引力提供的
C．若该同学使用中性笔，笔尖上的小钢珠有可能因快速的转动做离心运动被甩走
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20．如图1为用打点计时器测定匀变速直线运动平均速度的实验时记录下的一条纸带．纸 带上选取1、2、3、4、5各点为计数点，将直尺靠在纸带边，零刻线与纸带上某一点0对齐．由0到1、2、3…点的距离分别用d1、d2、d3…表示（已知相邻计数点间还有4个计时点没画出），测量出d1、d2、d3…的值，已填入表中．已知打点计时器所用交流电的频率为50Hz，即每0.02秒打下一个计时点，以打O点时为计时起点，由测量数据计算出纸带上打下点2、4两点时小车的速度V，并在V-t图象上（图2）描绘出对应的图线．

距离d1d2d3d4d5d6
测量值（cm）1.302.403.304.004.504.85
瞬时速度（cm/s）12.008.004.25
10．如图，一带电微粒质量为m=2.0×10-11kg、电荷量q=+1.0×10-5C，从静止开始经电压为U1=100V的电场加速后，水平进入两平行金属板间的偏转电场中，微粒射出电场时的偏转角θ=60°，并接着沿半径方向进入一个垂直纸面向外的圆形匀强磁场区域，微粒射出磁场时的偏转角也为θ=60°．已知偏转电场中金属板长L=2$\sqrt{3}$cm，圆形匀强磁场的半径R=10$\sqrt{3}$cm，重力忽略不计．求：
（1）带电微粒经U1=100V的电场加速后的速率；
（2）电场强度E和磁场强度B的比值．
14．行星绕太阳公转轨道是椭圆，冥王星公转周期为T0，其近日点距太阳的距离为a，远日点距太阳的距离为b，半短轴的长度为c，如图所示．若太阳的质量为M，万有引力常数为G，忽略其它行星对它的影响，则（　　）
A．冥王星从B→C→D的过程中，速率逐渐变小
B．冥王星从A→B→C的过程中，万有引力对它做负功
C．冥王星从A→B所用的时间等于$\frac{{T}_{0}}{4}$
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15．高明同学撑一把雨伞站在水平地面上，伞面边缘点所围圆形的半径为R，现将雨伞绕竖直伞杆匀速转动，伞边缘上的水滴落到地面，落点形成一个半径为r的圆形，伞边缘距离地面的高度为h，当地重力加速度为g，则（　　）
A．雨滴着地时的速度大小为$\sqrt{2gh}$
B．雨滴着地时的速度大小为$\sqrt{\frac{{r}^{2}-{R}^{2}+4{h}^{2}}{2h}g}$
C．雨伞转动的角速度大小为$\frac{1}{R}$$\sqrt{\frac{（{r}^{2}-{R}^{2}）g}{2h}}$
D．雨伞转动的角速度大小为$\frac{r-R}{R}$$\sqrt{\frac{g}{2h}}$

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