Question

市場上有一種用兩節干電池供電的小型電風扇．某物理研究小組想粗測電風扇正常運轉時電能轉化為機械能的效率．于是找到了一臺該種電風扇并從銘牌上讀出了額定電壓U，但是其它字跡看不清楚．該研究小組成員打開電風扇底座上的電源蓋并取出了兩節電池，并從電風扇裝電池處兩端各接出一條引線，手邊提供的器材有電流表，電壓表，滑動變阻器，備用電池若干節，電鍵，若干導線，固定電池的電池盒．

（a）該小組進行了如下的部分實驗步驟，請寫出第三步實驗過程．
①按事先設計的電路連接各元件，并使滑片處于使電路電阻最大處
②合上開關，使滑片從最左端開始緩慢移動，使電壓表和電流表都有明顯的讀數，但電風扇并未轉動，讀出此時的電壓表和電流表讀數U₀，I₀
③

 

④用測量的量表示出電動機正常運轉時的效率的表達式

 

．
（b）按上述實驗過程，本實驗的電路圖應選擇

 

（填“甲”或“乙”）．

Answer 1

分析：由題意可知實驗的目的是測量電風扇正常運轉時電能轉化為機械能的效率；則可分析出實驗中的實驗方法及實驗步驟；由測量得出的數據可知有關效率的表達式；由實驗過程并分析不同接法中的誤差可選擇電路圖．

解答：解：（a）電動機輸出的功等于電動機消耗的電能與電阻上產生熱量的差值；由題意可知，要測量能量轉化的效率應先測出電機不轉時電動機的電阻，則可求得電動機中產生的內能；再調節滑動變阻器使電風扇正常工作，即電動機兩端的電壓應為U，故應使電壓表讀數為U，讀出電流表的示數，則可求得電動機消耗的電能及電動機內阻上消耗的內能，即可求出效率；
故③應為：調節滑動變阻器，使電壓表讀數為U，讀出電流表讀致為I；
④由歐姆定律可得，電動機內阻r=

U0

I0

； 電動機正常工作時，消耗的電功率為U₀I₀；電動機內阻上產生的熱功率為I²r=I²

U0

I0

；故產生的風能為UI-I²

U0

I0

；
故工作效率表達式應為：

UI-I2 U0 I0

UI

=

I0U-IU0

I0U

；
（b）由題意可知，實驗中應使電動機兩端的電壓應達到額定電壓，而實驗中的風扇是采用兩節干電池供電，故采用兩節干電池供電時，電壓稍大于額定電壓，故采用限流接法無法保證達到額定電壓，故應采用分壓接法，故應選用甲圖接法；
故答案為：（a）③、調節滑動變阻器，使電壓表讀數為U，讀出電流表數值為I；④

I0U-IU0

I0U

；（b）甲．

點評：對于實驗的考查轉向為考查設計性實驗，要求我們在解題時要注意認真分析實驗的目的、原理及題目中給出的實驗步驟，從中找出解決題目的關鍵．