Question

11．用如圖甲所示的裝置探究直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)線圈的電熱功率與輸入電流的關(guān)系，圖中電路圖未畫(huà)出，現(xiàn)備有如下實(shí)驗(yàn)器材：
A．直流電機(jī)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(nèi)阻約3kΩ）
F．滑動(dòng)變阻器（0-5Ω）
G．開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線若干
H．秒表
I．電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器
J．重錘P（約0.1kg）
K．紙帶　　　　　　　　　　
L．刻度尺
M．彈簧測(cè)力計(jì)　　　　
N．游標(biāo)卡尺
（1）為測(cè)量電機(jī)線圈的電熱功率，上述提供的器材中多余的是D、H、N（寫(xiě)出器材序號(hào)）；
（2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，在圖甲虛線框內(nèi)畫(huà)全實(shí)驗(yàn)電路圖；
（3）實(shí)驗(yàn)中，若測(cè)出電壓表的讀數(shù)為u，電流表的讀數(shù)為I，重錘的重力為G，電機(jī)勻速提升重物的速度為v，則電機(jī)線圈的電熱功率可表示為UI-Gv；
（4）改變電路中的電流，得出電機(jī)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(shí)線所示，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)圖線與理論圖線存在較大偏差，你認(rèn)為偏差的原因可能是存在摩擦阻力（電機(jī)溫度升高，電阻增大）（回答有關(guān)有一即可）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)電機(jī)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(biāo)卡尺明顯是多余的器材．
（2）根據(jù)題意電壓表測(cè)電動(dòng)機(jī)兩端的電壓，電流表測(cè)電動(dòng)機(jī)的電流，電源和變阻器提供電壓．根據(jù)此原理可補(bǔ)全電路．
（3）根據(jù)能量守恒：輸入電機(jī)的電功率等于電機(jī)消耗電熱功率加上電機(jī)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(shí)際圖線的斜率會(huì)增大的原因是存在摩擦力或線圈中電阻隨溫度升高而增大

解答 解：（1）直流電機(jī)M（3.0V，1W），即正常工作時(shí)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(guò)大不需要．故D多余．此題不需要測(cè)時(shí)間，也不需要游標(biāo)卡尺測(cè)長(zhǎng)度，故H、N都是多余的．
故多余的器材為：D、H、N．
（2）為了多測(cè)幾組數(shù)據(jù)，可以通過(guò)滑動(dòng)變阻器分壓的方式進(jìn)行供電，電流表與電機(jī)串聯(lián)，電壓表并聯(lián)；實(shí)驗(yàn)電路圖如右圖所示：
（3）根據(jù)能量守恒定律：輸入電機(jī)的電功率等于電機(jī)先去的電熱功率加上電機(jī)的輸出功率，所以
P_熱=UI-GV 
（3）因?yàn)榇嬖谀Σ磷枇�，故圖象會(huì)出現(xiàn)較大偏差；同時(shí)因?yàn)镻_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(shí)際圖線的斜率會(huì)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）UI-GV
（3）存在摩擦阻力（電機(jī)溫度升高，電阻增大）

點(diǎn)評(píng) 此題關(guān)鍵要注意分析題意，將實(shí)驗(yàn)原理搞清楚；這樣才能根據(jù)所學(xué)過(guò)的物理實(shí)驗(yàn)規(guī)律進(jìn)行求解；注意正確建立物理模型；本題可以參考描繪燈泡的伏安特性曲線實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行．