1、1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由 根据欧姆定律 可推导得到 和 ，但UItWRUIRtIW2tU2欧姆定律公式 只适用于纯电阻电路，所以 和 只I tI2t2对纯电阻电路适用，即 适用于所有电路， 和UItRt2只适用于纯电阻电路。tRUW2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，这时电功只能用计算，而不能用 ， 计算了。 UItWRtIW2tU2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
2、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 WQ。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：2例题 1：如图所示，电阻 R=20，电动机的绕组电阻R10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（ ）AI 3I BI3
3、I CP3P DP3P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 故 ，故 B 正确，A 错误；IRUI2机 II3机由功率公式 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，
4、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 IRB电动机的输出功率为 IE-I2R3C电源的输出功率为 IE-I2rD整个电路的热功率为 I2（R 0 +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，根据闭合回路欧姆定律电动机电压 选项 A 错。电动机的输出功率为总功率减去热功率选项 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选项 D 对。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
5、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 30WB电动机的输出功率为 22WC电动机的内阻为 7.5D电动机的内阻为 24试题分析：电动机停止运转是，可得到电动机的电阻,故，C、D 中 D 正确。电动机消耗的功率即为电动25.01IUr机输入功率，为 P=UI=30W，输出功率为输入功率减去内耗功率，即：故 A 错误，B 正确WrIP2出故选 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
6、能，还有一部分能量在线圈中以热量的形式散失掉。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 0.4，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=220V50A60s=6.6105J（2）产生的热量 Q 热 = I2 R t=(50A)20.460s=6104J （3）所做的机械功 W 机 =W 总
7、 -Q 热 =6.6105J6104J=6105J。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5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
8、欧姆定律，线圈电阻 5.04.2IUR当接 U=2.0 V 电压时，电流 I=1.0 A故： 电功率 P 电 =UI=2.01.0 W=2.0 W热功率 P 热 =I22R=1.020.5 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 ， R=10，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？（2）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
9、产生的热量是多少？试题分析：6（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，U 2=U-U1=（160-110）V=50 V 通过电动机的电流为 I，则I= = A=5A（2）输入到电功机的电功率 P 电，P 电=U 1I=1105W=550 W（3）在电动机中发热的功率 P 热，P 热=I 2r=520.6W=15 W（4）电动机工作 1 h 所产生的热量 Q，Q=I2rt=520.63600J=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 5
10、8A，若电源电动势为 12.5V，内阻为0.05，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 rREI求得车灯的电阻 R=1.2，灯泡消耗功率为 PL=EI-I2r=120W；7（2）电动机启动后，路端电压 UL=E-Ir=9.6V，灯泡消耗电功率为 WRUPL8.762.19W=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：（1）电动机的输入功率 P 入 UI0.23 W0.6 W（2）电动机提升重物的机械功率 P 机 Fv(43/30) W0.4 W根据能量关系 P 入 P 机 P Q，得生热的功率 PQP 入 P 机 (0.60.4)W0.2 W所生热量 QP Qt0.230 J6 J（3）根据焦耳定律 QI 2Rt，得线圈电阻R 5
