28.育才中学科技小组按照教材的要求安装了一台直流电动机模型,他们想测量该直流电动机将电能转化为机械能的效率,为此他们想出了如下办法:按图示装置用电动机通过轻绳提升一重物,通过测量,计算出电动机消耗的电能E
总和输出机械能E
机,用η=
×100%来计算电动机的效率。实验步骤如下:
A、用天平测出重物的质量m=100g。
B、闭合开关S后,重物在电动机的牵引下从静止开始上升,用电压表和电流表测量电动机两端电压U和流过电动机的电流I,并测量出从闭合开关S起到断开开关S的时间t表示电流做功的时间,并将数据记录在列表格1中。
表1
电压U/V | 电流I/A | 时间t/s |
2.0 | 0.05 | 10 |
C、在重物右侧固定一竖直放置的刻度尺,从闭合开关S起到断开开关S过程中,每隔1s,记录重物的位置,并将数据记录在如表格2中:
表2
时间t/s | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
位置/cm | 0 | 2.0 | 6.5 | 13.0 | 21.5 | 30.5 | 40.0 | 50.0 | 60.0 | 70.0 | 80.0 |
根据上述实验步骤,回答以下问题:
(1)10s内重物运动的平均速度是
m/s.(注意单位)
(2)在计算电动机输出的机械能时出现了两种设计方案:
方案1:电动机输出的机械能转移到重物上,是通过轻绳的拉力做功实现的,因此,电动机输出的机械能等于轻绳拉力所做的功。又因为轻绳对重物的拉力F等于重物的重力mg,用h表示重物在t时间内从静止开始上升的高度,则E
机=W=Fh=mgh。
方案2:电动机输出的机械能转移到重物上,增加了重物的机械能(动能和势能),通过查阅资料知,当物体运动的速度为v时动能为E
k=
mv
2,当物体上升的高度为h时,增加的重力势能为mgh,可计算出E
机=E
重物=
mv
2+mgh。
上述两种方案中,其中某一方案有一明显的错误,请指出有错误的方案,并指明错误。
错误方案是:方案
(填写序号),错误是:
。
(3)利用你所选择的正确方案计算出电动机将电能转化为机械能的效率η.要求写出计算过程。(计算中取g=10N/kg)
(4)完成了上述探究活动后,他们想对“影响电动机效率的因素”进行探究,他们提出如下猜想:猜想①:可能跟电动机工作时间有关;
猜想②:可能跟所提升重物的质量有关。
关于“影响电动机效率的因素”,你还能提出什么猜想?(只要写一条)
猜想③:
。
请你在上述三个猜想中任选一个猜想,简要写出你的探究方案。