Question

用如圖甲所示的裝置探究直流電機轉動時線圈的電熱功率與輸入電流的關系，圖中電路圖未畫出，現備有如下實驗器材：
A．直流電機M（3.0V，1W）
B．3V直流電源
C．電流表（0-0.6A，0.5Ω）
D．電流表（0-3A，0.1Ω）
E．電壓表（0-3V，內阻約3kΩ）
F．滑動變阻器（0-5Ω）
G．開關、導線若干
H．秒表
I．電火花打點計時器
J．重錘P（約0.1kg）
K．紙帶          
L．刻度尺
M．彈簧測力計    
N．游標卡尺
（1）為測量電機線圈的電熱功率，上述提供的器材中多余的是

 

（寫出器材序號）；
（2）根據實驗要求，在圖甲虛線框內畫全實驗電路圖；
（3）實驗中，若測出電壓表的讀數為u，電流表的讀數為I，重錘的重力為G，電機勻速提升重物的速度為v，則電機線圈的電熱功率可表示為

 

；若在某一輸入電流下，電機提升重錘運動時打點紙帶如圖乙所示（圖中相鄰計數點的時間間隔T=0.04s），根據紙帶數據，可求得重錘勻速向上運動時的速度v=

 

m/s；
（4）改變電路中的電流，得出電機線圈在不同電流I下的電熱功率P_熱，作出P_熱-I²圖線如圖丙中實線所示，發現實驗圖線與理論圖線存在較大偏差，你認為偏差的原因可能是

 

．

Answer 1

分析：（1）根據電機的電壓和功率，分析最大電流，判斷電流表的量程，而秒表和游標卡尺明顯是多余的器材．
（2）根據題意電壓表測電動機兩端的電壓，電流表測電動機的電流，電源和變阻器提供電壓．根據此原理可補全電路．
（3）根據能量守恒：輸入電機的電功率等于電機先去的電熱功率加上電機的輸出功率．
（4）P_熱-I²圖線的理論圖線的斜率表示線圈的電阻R_A，實際圖線的斜率會增大的原因是線圈中電阻隨溫度升高而增大．

解答：解：（1）直流電機M（3.0V，1W），即正常工作時的最大電流為1A，所以電流表（0-0.6A，0.5Ω）即可，而電流表（0-3A，0.1Ω）量程過大不需要．故D多余．
此題不需要測時間，也不需要游標卡尺測長度，故H、N都是多余的．
故多余的器材為：DHN．
（2）實驗電路圖如右圖所示：
（3）根據能量守恒定律：輸入電機的電功率等于電機先去的電熱功率加上電機的輸出功率，所以
P_熱=uI-GV 
根據紙帶分析可知勻速運動的速度為：v=

x

T

=

2.20×10-2

0.04

=0.555m/s 
（4）因為P_熱=I²R_A，所以P_熱-I²圖線的理論圖線的斜率表示線圈的電阻R_A，實際圖線的斜率會增大的原因是線圈中電阻隨溫度升高而增大．
故答案為；（1）DHN
（2）P_熱=uI-GV
0.55m/s
（3）線圈中電阻隨溫度升高而增大

點評：此題要求把實驗原理搞清楚，這樣才能判斷多余的器材，才能補全電路，才能計算熱功率．