高中 | 闭合电路的欧姆定律基本问题 题目答案及解析

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选修3-1

第二章 恒定电流

2.7 闭合电路的欧姆定律

闭合电路的欧姆定律基本问题

某实验小组研究额定电压为$3\;\rm V$的小电风扇的电动机工作特性。

实验中,为使电动机的电压从零开始增大,应选择电路                 (选填“甲”或“乙”)。

[["乙"]]

实验中,为使电动机的电压从零开始增大,滑动变阻器采用分压式接法,故选:择电路乙。

正确选择电路后,请用笔画线代替导线,将图丙中实物电路补充完整;图丙中闭合开关前,滑动变阻器的滑片$P$应置于                 (选填“左”或“右”)端。

[["左"]]

根据电路图连接实物图,如图丙所示:

为了保护电路安全,闭合开关前,滑动变阻器的滑动片应位于分压电压为零的那一端,即左端。

缓慢移动滑片$P$,记录电压表示数$U$和对应的电流表示数$I$,描出相应的点如图丁所示。

由图丁可知,该电动机的内阻约为                 $\;\rm \Omega$(保留两位有效数字);由于电流表和电压表不是理想电表,电动机内阻的测量值与真实值相比                 (选填“偏大”“偏小”或“相等”)。

[["$3.0$","偏大"]]

根据“描点法”作图,所作图像如图丁所示:

由丁图可知,在$0\sim 1.5\;\rm V$内,电动机不转动,可看作纯电阻电路,$I﹣U$图像斜率的倒数表示电动机的内阻,电动机的内阻$R_{D} = \dfrac{1}{k} = \dfrac{1.50 - 0}{0.50 - 0}\Omega = 3.0\;\rm \Omega$

实验的误差来源于电流表的分压作用,考虑电流表内阻后,电动机内阻的真实值$R_{D真} = \dfrac{U - U_{A}}{I}\lt \dfrac{U}{I} = R_{D}$

因此电动机内阻的测量值与真实值相比偏大。

将电动机直接接在一电源两端,已知该电源的电动势$E=3.0\;\rm V$,内阻$r=2.5\;\rm \Omega$,电动机内阻阻值不变,则电动机的机械功率约为                 $\;\rm W$(保留两位有效数字)。

[["$0.32$"]]

将电动机直接接在电源两端时,根据闭合电路的欧姆定律$U=E-Ir$

$I=0$时,电动机两端电压$U=3\;\rm V$

$I=0.6\;\rm A$时,电动机两端电压$U=3\;\rm V-0.6\times 2.5\;\rm V=1.5\;\rm V$

所作电源的$I-U$图像如图中的Ⅲ所示:

图像Ⅱ与图线Ⅲ的交点坐标($2.00\;\rm V$$0.40\;\rm A$

电动机消耗的实际功率$P=UI=2.00\times 0.40\;\rm W=0.80\;\rm W$

电动机产生的热功率$P_{热} = I^{2}R_{D} = 0.4^{2} \times  3\;\rm W = 0.48\;\rm W$

电动机的机械功率$P_{机}=P-P_{热}=0.80\;\rm W-0.48\;\rm W=0.32\;\rm W$

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