Question

市场上有一种在蚊帐内使用的小型直流电动机电风扇．某物理研究型学习小组想测定电风扇正常运行时的机械功率，于是找到了一台这样的电风扇并从铭牌上读出了额定电压U，但其它字迹不清楚．该小组成员取出电池，并从电风扇连接电池的正、负两极各接出一条引线．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．
（1）测量时，选择的电路图比较合理的是

图1

图（选填“图1”或“图2”）．
（2）该小组进行了如下的实验步骤：
（A）按事先设计的电路连接各元件，并将变阻器的滑动片移动到最左端；
（B）合上开关，将滑动片从最左端开始缓慢向右移动，使电压表和电流表都有明显的示数，但电风扇并未转动，读出此时电压表和电流表的读数分别为U₀、I₀；
（C）…；请补写步骤（C）的实验操作过程：

移动滑动变阻器的滑动片，当电压表的读数达到U时，观察电风扇是否正常工作，若正常工作，记下此时电压表的读数U和电流表的读数I

．
（D）用测得的物理量表示电动机M正常运转时输出的机械功率P_输出=

IU-I²

U0

I0

．

．
（3）该小组同学找了甲、乙两个不同规格的电风扇继续进行测量，用伏安法分别测出甲、乙两个电风扇的伏安特性曲线如图所示．若他们将甲、乙两个电风扇串连接在6V的恒压电源两端，则甲的实际功率为

1.4

W，乙的实际功率为

2.8

 W．
（要求保留作图求解的痕迹）

Answer 1

分析：设计实验时要求直流电动机电风扇的电压变化范围较大，移动滑动变阻器的滑动片，第三步要求出电动机正常工作时的功率，所以要移动滑动变阻器的滑动片，当电压表的读数达到U时，观察电风扇是否正常工作，若正常工作，记下此时电压表的读数U和电流表的读数I，输出功率等于总功率减去内阻消耗的功率，要求时间功率时，根据图象可知，当电流为0.7A时，甲乙电压之和等于6V，画出过0.7A、平行于U轴的直线，与图3的交点即为该风扇的时间电压和电流，根据功率公式即可求解实际功率．

解答：解：（1）设计实验时要求直流电动机电风扇的电压变化范围较大，所以要使用分压式接法，故1图比较合理；
（2）C、移动滑动变阻器的滑动片，当电压表的读数达到U时，观察电风扇是否正常工作，若正常工作，记下此时电压表的读数U和电流表的读数I；
（3）输出的机械功率P_出=UI-I²r=IU-I²

U0

I0

．
（4）串联电路电流相等，两风扇的电压之和等于6V，根据图象可知，当电流为0.7A时，甲的电压为2V，乙的电压为4V，正好满足，作出经过0.7A、平行于U轴的直线，描出两个工作点，则有：
此时甲的功率为P_甲=2×0.7W=1.4W，乙的功率为P_乙=4×0.7W=2.8W
故答案为：（1）甲；   （2）C、移动滑动变阻器的滑动片，当电压表的读数达到U时，观察电风扇是否正常工作，若正常工作，记下此时电压表的读数U和电流表的读数I；
D、IU-I²

U0

I0

．
（3）1.4，2.8

点评：本题要知道电风扇是非纯电阻电路，输出功率等于总功率减去内阻消耗的功率，其电阻不等于电压除以电流，难度适中．