Question

9．某物理“科技制作”小组装配一台小直流电动机，其额定电压5V，额定电流0.5A，线圈绕阻小于1Ω．为了进一步研究其在一定电压范围内，输出功率与输入电压的关系，需要进一步做实验，请你帮助该小组完成该项工作．已知学校实验室提供的器材有：
直流电源E，电压6V，内阻不计；
小直流电动机M；
电压表V₁，量程0～0.6V，内阻约3kΩ；
电压表V₂，量程0～6V，内阻约15kΩ；
电流表A₁，量程0～0.6A，内阻约1Ω；
电流表A₂，量程0～3A，内阻约0.5Ω；
滑动变阻器R，0～10Ω，2A；
电键S一只，导线若干．
（1）首先要比较精确测量电动机的线圈绕阻r．根据合理的电路进行测量时，要控制电动机不转动，调节滑动变阻器，使电压表和电流表有合适的示数，电压表应该选V₁．若电压表的示数为0.1V，电流表的示数为0.2A，则内阻r=0.5Ω，这个结果比真实值偏小（选填“大”或“小”）．
（2）在图1中画出研究电动机的输出功率与输入电压的关系的实验电路图．（标明所选器材的符号）
（3）当电压表的示数为4.5V时，电流表示数如图2所示为0.40A，此时电动机的输出功率是1.72W．

Answer 1

分析 （1）由题目中的已知条件可知，电机两端的电压，则可选择电压表；由欧姆定律可求得内阻；根据电路的特点可分析实验误差；
（2）要测出输出功率与输入电压的关系，可以采用分压接法，由电压表测电动机两端的电压，由P=UI求得功率；
（3）由图可读出电流表的示数，则由功率公式可求得电动机的总功率及内部电阻消耗的功率，则可求同电动机的输出功率．

解答 解：（1）因电阻小于1Ω，电路中电流最大0.5Ω，故最大电流为0.5A，故应选取V₁，可以使读数更准确；内阻为：r=$\frac{U}{I}$=$\frac{0.1}{0.2}$=0.5Ω； 因实验中采用电流表外接法，故电流表示数偏大，使测量结果偏小；
（2）电路采用电压表测电动机两端的电压，电流表测电流，由P=UI求得功率，则可得出输出功率与输入电压的关系；因滑动变阻器较小，限流接法无法起到保护作用；故应用分压接法；答案如图：
（3）电流表量程为0.6A，则最小分度为0.02；由图可知读出电路中电流为：I=0.40A，则电动机消耗的功率为：P=UI=4.5V×0.3985A=1.80W；电动机内部电阻上消耗的功率为：P₁=I²r=0.08W；则电动机的输出功率为：P_出=1.80-0.08W=1.72W．
故答案为：（1）V₁，0.5，小；（2）如图所示；（3）0.40；1.72

点评 本题考查描绘伏安特性曲线的实验；要注意在仪表的选择中要注意应使测量结果更准确和安全，故电表的量程应略大于电路中可能出现的最大电流；在接法中要注意根据各电器内阻的大小，灵活选择对应的接法．