Question

10．小明、小刚、小敏所在的学习兴趣小组在研究玩具电动机的工作状态时，想描绘出电动机工作时两端电压U和通过电动机线圈的电流I的U-I图线．
实验室备有下列器材：
待测电动机M（额定电流0.9A，额定电压4.0V）
电流表A₁（量程5A，内阻约为0.1Ω）
电流表A₂（量程0.6A，内阻=2.0Ω）
电压表V₁（量程4.5V，内阻约为8kΩ）
电压表V₂（量程3V，内阻约为10kΩ）
电阻箱R₀（0～99.9Ω）
滑动变阻器R₁（最大阻值为100Ω）
滑动变阻器R₂（最大阻值为10Ω）
电源E（电动势为6V，内阻很小）
开关S，导线若干
为了达到实验目的且操作方便、并尽可能提高测量精度，他们设计了图甲所示的测量电路图，并让小明先把量程为0.6A的电流表改装成了量程为1.0A的电流表．
（1）图甲中电流表应选A₂，电压表应选V₁，滑动变阻器应选R₂，虚线框中的元件是R₀．（均填器材代号字母）
（2）实验中，小组同学团结合作、按正确操作完成了实验．小敏根据探测记录，作出了图乙所示的M在不转动和转动两种情形下两端电压U随电流I变化的图线．由图可知，M内部线圈的电阻约为2.5Ω．（结果保留两位有效数字）
（3）小刚根据小敏作出的U-I图线对M两端电压数据进行比较．他发现：M两端电压为2.5V时通过M的电流，居然小于M两端电压为2.0V时通过M的电流I，出现这一结果的主要原因是：个状态下M的输入功率几乎相等，M不转动时，输入电能全部转化为热能，但是M转动起来后，输入电能只有一小部分转化为内能，由P_热=I²R可知，P_热变小，I变小．．

Answer 1

分析 根据电路最大电流选择电流表，根据电源电动势、待测电阻阻值与所选电流表选择滑动变阻器．电动机M在不转动为纯电阻电路，根据欧姆定律求解内阻，M转动后电能一部分转化为机械能，另一部分转化为内能

解答 解：（1）电压表测量电动机电压，而电动机额定电压为4V，所以电压表选择V₁（量程4.5V，内阻约8kΩ），
电动机的额定电流为0.9A，所以电流表不能选用量程5A的，则选用A₂（量程0.6A，内阻2.0Ω），则在电流表上需要并联一个电阻，以增大其量程，所以虚线框中的元件是电阻箱R₀（0～99.9Ω），滑动变阻器使用最大阻值较小的，有利于数据的测量和误差的减小，故选滑动变阻器R₂（最大阻值为10Ω
（2）电动机M在不转动为纯电阻电路，根据欧姆定律得：
M内部线圈的电阻r=$\frac{U}{I}=\frac{2.0}{0.8}=2.5$Ω；
③根据图象数据可知，两个状态下M的输入功率几乎相等，M不转动时，输入电能全部转化为热能，但是M转动起来后，输入电能只有一小部分转化为内能，由P_热=I²R可知，P_热变小，I变小．
故答案为：（1）A₂；V₁；R₂；R₀；（2）2.5；（3）两个状态下M的输入功率几乎相等，M不转动时，输入电能全部转化为热能，但是M转动起来后，输入电能只有一小部分转化为内能，由P_热=I²R可知，P_热变小，I变小

点评 本题考查了实验器材的选择、设计实验电路，要通过估算选择电学仪器，一般要求通过电表的电流不小于量程的$\frac{1}{3}$，知道电动机M在不转动为纯电阻电路，电动机正常工作后，电能一部分转化为机械能，另一部分转化为内能，难度适中．