Question

市场上有一种用两节干电池供电的小型电风扇．某物理研究小组想粗测电风扇正常运转时电能转化为机械能的效率．于是找到了一台该种电风扇并从铭牌上读出了额定电压U，但是其它字迹看不清楚．该研究小组成员打开电风扇底座上的电源盖并取出了两节电池，并从电风扇装电池处两端各接出一条引线，手边提供的器材有电流表，电压表，滑动变阻器，备用电池若干节，电键，若干导线，固定电池的电池盒．

（a）该小组进行了如下的部分实验步骤，请写出第三步实验过程．
①按事先设计的电路连接各元件，并使滑片处于使电路电阻最大处
②合上开关，使滑片从最左端开始缓慢移动，使电压表和电流表都有明显的读数，但电风扇并未转动，读出此时的电压表和电流表读数U，I
③   
④用测量的量表示出电动机正常运转时的效率的表达式    ．
（b）按上述实验过程，本实验的电路图应选择    （填“甲”或“乙”）．

Answer

由题意可知实验的目的是测量电风扇正常运转时电能转化为机械能的效率；则可分析出实验中的实验方法及实验步骤；由测量得出的数据可知有关效率的表达式；由实验过程并分析不同接法中的误差可选择电路图．
【解析】
（a）电动机输出的功等于电动机消耗的电能与电阻上产生热量的差值；由题意可知，要测量能量转化的效率应先测出电机不转时电动机的电阻，则可求得电动机中产生的内能；再调节滑动变阻器使电风扇正常工作，即电动机两端的电压应为U，故应使电压表读数为U，读出电流表的示数，则可求得电动机消耗的电能及电动机内阻上消耗的内能，即可求出效率；
故③应为：调节滑动变阻器，使电压表读数为U，读出电流表读致为I；
④由欧姆定律可得，电动机内阻r=； 电动机正常工作时，消耗的电功率为UI；电动机内阻上产生的热功率为I2r=I2；故产生的风能为UI-I2；
故工作效率表达式应为：=；
（b）由题意可知，实验中应使电动机两端的电压应达到额定电压，而实验中的风扇是采用两节干电池供电，故采用两节干电池供电时，电压稍大于额定电压，故采用限流接法无法保证达到额定电压，故应采用分压接法，故应选用甲图接法；
故答案为：（a）③、调节滑动变阻器，使电压表读数为U，读出电流表数值为I；④；（b）甲．