Question

20．某一小型电风扇额定电压为4.0V，额定功率为2.4W．某实验小组想通过实验描绘出小电风扇的伏安特性曲线．实验中除导线和开关外，还有以下器材可供选择：
A．电源E（电动势为4.5V）
B．电压表V（量程为0～5V，内阻约为4kΩ）
C．电流表A₁（量程为0～0.6A，内阻约为0.2Ω）
D．电流表A₂（量程3A，内阻约0.05Ω）；
E．滑动变阻器R₁（最大阻值10Ω，额定电流1A）
F．滑动变阻器R₂（最大阻值2kΩ，额定电流100mA）

①为了便于调节，减小读数误差和系统误差，实验中所用电流表应选用C，滑动变阻器应选用E．（填所选仪器前的字母序号）．
②请你为该小组设计实验电路，并把电路图画在虚线内（小电风扇的电路符号如图1所示）．
③操作过程中发现，小电风扇通电后受阻力作用，电压表读数小于0.5V时电风扇没启动．该小组测绘出的小电风扇的伏安特性曲线如图2所示，由此可以判定，正常工作时的发热功率为0.9W，机械功率为1.5W．

Answer 1

分析 ①选择器材需安全、精确，根据电风扇的额定电流确定电流表的量程，通过电风扇电阻的大约值，从测量的误差和可操作性角度选择滑动变阻器．
②测量伏安特性电流、电压需从零开始测起，滑动变阻器需采用分压式接法，根据电风扇内阻的大小确定电流表的内外接．
③电压表读数小于0.5V时电风扇没启动．电能全部转化为内能，根据欧姆定律求出电风扇的电阻，正常工作时根据电流和内阻求出发热功率，根据输入功率，通过能量守恒求出机械功率．

解答 解：①电风扇的额定电流I=$\frac{P}{U}$=0.6A，从读数误差的角度考虑，电流表选择C．电风扇的电阻比较小，则滑动变阻器选择总电阻为10Ω的误差较小，即选择E．
②因为电压电流需从零开始测起，则滑动变阻器采用分压式接法，电风扇的电阻大约R=$\frac{{U}^{2}}{P}$≈6.67Ω，远小于电压表内阻，属于小电阻，电流表采用外接法．电路图如图所示．

③电压表读数小于0.5V时电风扇没启动．根据欧姆定律得，
R=$\frac{U}{I}$=$\frac{0.5}{0.2}$=2.5Ω．
正常工作时电压为4V，根据图象知电流为0.6A，
则电风扇发热功率P=I²R=0.36×2.5W=0.9W，
则机械功率P′=UI-I²R=2.4-0.9=1.5W．
故答案为：①C、E ②如图所示 ③2.5Ω，0.9W，1.5W．

点评 解决本题的关键掌握器材选取的原则，即安全，精确．以及知道滑动变阻器分压式和限流式接法的区别，电流表内外接的区别．
知道有电动机存在的电路是非纯电阻电路，清楚电风扇没启动时电能全部转化为内能，正常工作时电能转化为内能和机械能．