高中物理中的电动机问题

高中物理中的电动机问题

河南省信阳高级中学 陈庆威 2016.12.02

UU22由W?UIt根据欧姆定律I?可推导得到W?IRt和W?t，但欧RRUU22姆定律公式I?只适用于纯电阻电路，所以W?IRt和W?t只对RRU2纯电阻电路适用，即W?UIt适用于所有电路，W?IRt和W?t只适R2用于纯电阻电路。 如果电路中还包含有电动机、电解槽等用电器，这时电能除部分转化为热能外，还要转化为机械能、化学能等，这时电功只能用W?UItU2计算，而不能用W?IRt，W?t计算了。 R2从能量转化的角度看，纯电阻电路是将电能全部转化为热能，即电功等于电热。例如：日常生活中的白炽灯、电炉子、电饭锅等纯电阻电路工作时W=Q。而非纯电阻电路是电流做功将电能主要转化为其他形式的能量，但还有一部分电能转化为了热能，此时电功大于电热。例如：在电动机转动、电铃、蓄电池(充电)等这些非纯电阻的电路中W>Q。特别是涉及非纯电阻电路的有关电功、电热、电功率和发热功率的计算，学生极容易混淆。 该类题目在中考中较为常见，高中的试题中也有出现，虽说在高考中不是重点，但这类题目高中的学生也很头痛。比如以下几题： 例题1：如图所示，电阻R=20Ω，电动机的绕组电阻R′＝10Ω．当开关打开时，电流表的示数是I，电路消耗的电功率为P。当开关合

1

上后，电动机转动起来。若保持电路两端的电压不变，电流表的示数I ′和电路消耗的电功率P ′应是（ ）

A．I ′＝3I B．I′＜3I C．P′＝3P D．P′＜3P

试题分析：因闭合开关后保持电压不变，故R中的电流不变；由并联电路的规律可知，电流表中电流为电动机电流与R中电流之和；因电动机电流I机?U?2I 故I??I机?I?3I ，故B正确，A错误； R?由功率公式P=UI可知，R消耗的功率不变，而电动机消耗的功率小于2P，故总功率小于3P，故C错误，D正确； 故选BD．

点评：因电动机在工作时有电能转化为动能，不能用欧姆定律求解，但可以用P=UI及串并联电路的性质求解．

例题2：如图所示电路，电源电动势为E，内阻为r。当开关S闭合后，小型直流电动机M和指示灯L都恰能正常工作。已知指示灯L的电阻为R0，额定电流为I，电动机M的线圈电阻为R，则下列说法中正确的是

A．电动机的额定电压为IR B．电动机的输出功率为IE-I2R C．电源的输出功率为IE-I2r

D．整个电路的热功率为I2（R0 +R + r）

试题分析：指示灯正常工作，电流为额定电流I,灯与电动机串联，所以电动机电流也等于I。电动机为非纯电阻电路，电动机电压

2

，根据闭合回路欧姆定律电动机电压电动机的输出功率为总功率减去热功率

选项A错。

选项B错。电源的输出功率

选项C对。整个电路的热功率根据焦耳定律故选CD.

例题3：在研究微型电动机的性能时，可采用如图所示的实验电路。当调节滑动变阻器R，使电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为0.5A和1.0V；重新调节R，使电动机恢复正常运转时，电流表和电压表的示数分别为2.0A和15.0V．则当这台电动机正常运转时（ ）

A．电动机的输出功率为30W B．电动机的输出功率为22W C．电动机的内阻为7.5 D．电动机的内阻为2

试题分析：电动机停止运转是，可得到电动机的电阻r?U1???2?,I0.5选项D对。

故，C、D中D正确。电动机消耗的功率即为电动机输入功率，为

2P=UI=30W，输出功率为输入功率减去内耗功率，即：PW出?UI?Ir?22故A错误，B正确． 故选BD.

例题4：电动机是一种使用广泛的动力机械，从能量转化的角度看．它主要是把电能转化为机械能，还有一部分能量在线圈中以热量的形式

3

散失掉。现有一台电动机，当电动机两端加220V电压时，通过电动机线圈的电流为50A。问：

（1）每分钟该电动机消耗的电能是多少？

（2）已知电流通过导体时产生的热量Q= I2 R t（其中I、R和t分别表示通过导体的电流、导体的电阻和通电时间），若该电动机线圈的电阻是0.4Ω，则线圈每分钟产生的热量是多少? （3）这台电动机每分钟所做的机械功是多少? 试题分析：

（1）消耗的电能W总=UIt=220V×50A×60s=6.6×105J （2）产生的热量Q热= I2 R t=(50A)2×0.4Ω×60s=6×104J （3）所做的机械功W机=W总-Q热=6.6×105J－6×104J=6×105J。 例题5：有一个直流电动机，把它接入0.2 V电压的电路时，电动机不转，测得流过电动机的电流是0.4 A；若把电动机接入2.0 V电压的电路中，电动机正常工作，工作电流是1.0 A．求电动机正常工作时的输出功率多大？如果在电动机正常工作时，转子突然被卡住，电动机的发热功率是多大？

试题分析：电动机转子不转时，消耗的电能全部转化为内能，为纯电阻元件，这时欧姆定律成立，电功率和热功率相等。当电动机转动时，电动机消耗的电功率P=P热+P机，P机即为电动机的输出功率. 接U=0.2 V电压，电动机不转，电流I=0.4 A．根据欧姆定律，线圈电阻R?U0.2???0.5? I0.4 4

当接U'=2.0 V电压时，电流I'=1.0 A．故： 电功率P电=U'I'=2.0×1.0 W=2.0 W 热功率P热=I'22R=1.02×0.5 W=0.5 W 故输出功率：P机=P电-P热=(20-0.5)W=1.5 W

如果电动机正常工作时，转子被卡住，则电能全部转化成内能，故其发热功率：

例题6：如图所示，有一提升重物用的直流电动机，内阻r=0.6 Ω， R=10Ω，U=160 V，电压表的读数为110 V，求: （1）通过电动机的电流是多少？ 输入到电动机的电功率是多少？ （3）在电动机中发热的功率是多少？ （4）电动机工作1 h所产生的热量是多少？ 试题分析：

（1）设电动机两端的电压为U1，电阻R两端的电压为U2，则U1=110V，U2=U-U1=（160-110）V=50 V通过电动机的电流为I，则I=

=

A=5A （2）

（2）输入到电功机的电功率P电，P电=U1I=110×5W=550 W （3）在电动机中发热的功率P热，P热=I2r=52×0.6W=15 W （4）电动机工作1 h所产生的热量Q， Q=I2rt=52×0.6×3600J=54000 J

例题7：汽车电动机启动时车灯会瞬时变暗，其原因可用图示电路解

5

释．在打开车灯的情况下，电动机未启动时电流表读数为10A，电动机启动时电流表读数为58A，若电源电动势为12.5V，内阻为0.05Ω，电流表内阻不计，则：

（1）电动机启动时车灯的电功率为多少？ （2）因电动机启动，车灯的电功率降低了多少？ 试题分析：

（1）电动机不启动时，灯泡的电压为电源路端电压，设为UL，电动机启动后灯泡电压仍为路端电压，设为UL′． 由欧姆定律得 I?E R?r求得车灯的电阻R=1.2Ω， 灯泡消耗功率为PL=EI-I2r=120W；

（2）电动机启动后，路端电压UL′=E-I′r=9.6V，灯泡消耗电功率

?UL9.62为PL??W?76.8W R1.2?W=76.8W．

所以灯泡功率降低了△P=120W-76.8W=43.2W；

例题8：一台小型电动机在3V电压下工作，用此电动机提升所受重力为4N的物体时，通过它的电流是0.2A。在30s内可使该物体被匀速提升3m。若不计除电动机线圈生热之外的能量损失，求： （1）电动机的输入功率；

（2）在提升重物的30s内，电动机线圈所产生的热量； （3）线圈的电阻。 试题分析：

6

（1）电动机的输入功率P入＝UI＝0.2×3 W＝0.6 W

（2）电动机提升重物的机械功率P机＝Fv＝(4×3/30) W＝0.4 W 根据能量关系P入＝P机＋PQ，得生热的功率 PQ＝P入－P机＝(0.6－0.4)W＝0.2 W 所生热量Q＝PQt＝0.2×30 J＝6 J （3）根据焦耳定律Q＝I2Rt，得线圈电阻 R＝

＝

Ω＝5 Ω

7

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/b4s7.html