范文一:高二物理题-含电动机电路分析
1.一台小型电动机在 3 V电压下工作,用此电动机提升所受重力为 4 N的物体时,通过 它的电流是 0.2 A。在 30 s内可使该物体被匀速提升 3 m。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 30 s内,电动机线圈所产生的热量;
(3)线圈的电阻。
解析:(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 =F v =(4×3/30) W=0.4 W.
根据能量关系 P 入 =P 机 +P Q ,得生热的功率 P Q =P 入 -P 机 =(0.6-0.4)W =0.2 W.
所生热量 Q =P Q t =0.2×30 J=6 J.
(3)根据焦耳定律 Q =I 2Rt ,得线圈电阻 R = Q
I t =
6
0.2×30
Ω=5 Ω.
2、如图所示,已知电源电动势 E =20V,内阻 r =lΩ,当接入固定电阻 R =4Ω时,电路中标 有 “3V ,
6W” 的灯泡 L 和内阻 R D =0.5Ω的小型直流电动机 D 都恰能正常工作 . 试求:
(1)电路中的电流大小;
(2)电动机的额定电压;
(3)电动机的输出功率.
19(12分)⑴灯泡 L 正常发光,电路中的电流为
6 2A 3 L
L
P
I
U
===
⑵由闭合电路欧姆定律可求得,电动机的额定电压为
U D =E -I (r +R ) -U L =20-2×(1+4)-3=7V
⑶电动机的总功率为 P 总 =IU D =2×7=14W 电动机的热功率为 P 热 =I 2R D =22×0.5 =2W
所以电动机的输出功率为 P 出 =P 总 -P 热 =14-2=12W
3.如图所示, A 为电解槽, M 为电动机, N 为电炉子,恒定电压 U =12 V ,电解槽内阻 r A =2 Ω,当 S 1闭合、 S 2、 S 3断开时,电流表 A 示数为 6 A;当 S 2闭合、 S 1、 S 3断开时, A 示 数为 5 A,且电动机输出功率为 35 W;当 S 3闭合、 S 1、 S 2断开时, A 示数为 4 A.求:
(1)电炉子的电阻及发热功率各多大?
(2)电动机的内阻是多少?
(3)在电解槽工作时,电能转化为化学能的功率为多少?
【解析】 (1)电炉子为纯电阻元件,由欧姆定律 I = U
R 得 R =
U
I 12 Ω,其发热功率为 P R =
UI 1=12×6 W=72 W.
(2)电动机为非纯电阻元件,由能量守恒定律得 UI 2=I 22r M +P 输出 ,所以 r M = UI 2-P 输出 I 2
=
12×5-355=1 Ω. (3)电解槽工作时,由能量守恒定律得:P 化 =UI 3-I 23r A 所以 P 化 =(12×4-42×2) W=16 W.
【答案】 (1)2 Ω 72 W (2)1 Ω (3)16 W
4. 利用电动机通过如图所示的电路提升重物, 已知电源电动势 E =6 V, 电源内阻 r =1 Ω, 电阻 R =3 Ω, 重物质量 m =0.10 kg, 当将重物固定时, 电压表的示数为 5 V, 当重物不固定, 且电动机最后以稳定的速度匀速提升重物时,电压表的示数为 5.5 V,求重物匀速上升时的 速度大小 (不计摩擦, g 取 10 m/s2) .
解析:设电动机内阻为 r ′ 当将重物固定时 I =E -U r
=1 A R +r ′ =U I =5 Ω, r ′ =2 Ω当重物不固定时 I ′ =E -U r
=0.5 A P 出 =UI ′ =2.75 W, P R +P r ′ =I ′ 2(R +r ′ ) =1.25 W
所以重物的功率 P =P 出 -P R -P r ′ =mgv ,解得 v =1.5 m/s答案:1.5 m/s
5. (10分 ) 在图 2-28所示电路中,电源电动势 E =6 V ,内阻 r =1 Ω.D 为直流电动机,其 电枢线圈电阻 R =2 Ω,限流电阻 R ′ =3 Ω.当电动机正常工作时,电压表示数为 0.3 V.求:
(1)通过电动机的电流是多大?
(2)电动机输入的电功率、转变为热量的功率和输出机械功率各是多少?
解析:(1)通过电动机的电流 I 与流过限流电阻 R ′ 的电流相同, 由 I =U R ′ I =0.33
A = 0.1 A. (2)由 E =Ir +U +U D 可得电动机两端电压 U D =E -Ir -U =6 V-0.1×1 V-0.3 V=5.6 V 所以电动机输入的电功率 P 入 =U D I =0.56 W.电动机的发热功率 P 热 =I 2R =0.02 W. 电动机的输出功率 P 出 =P 入 -P 热 =0.54 W.答案:(1)0.1 A (2)0.56 W 0.02 W 0.54 W
6.如图所示电路,电炉电阻 R 1=19 Ω,电动机电阻 R 2=0.5 Ω,电源内阻 r =1 Ω.当开关 S 断开时, 电炉消耗的电功率为 475 W, S 接通、 电动机正常运转后, 电炉消耗的电功率为 304 W .求电动机转化为机械能的功率.
解析:S 断开时外电路为纯电阻电路,电路中电流 I =R 1=19
A =5 A,由此可 解得电源电动势 E =I (R 1+r ) =5×(19+1) V=100 V.S接通后外电路有两个支路, 除纯电阻负 载 R 1支路外,另一支路负载为电动机, R 1支路中的电流 I 1=R 1=
19
A =4 A.路端电
压 U =I 1R 1=4×19 V=76 V. 由 I =E -U r =100-761
A =24 A可知, 电动机支路的电流 I 2=(24-4) A=20 A.电动机输入的电功率 P 2=I 2U =20×76 W=1 520 W;电动机中的热功率 P 耗 =
I 22R 2=202×
0.5 W=200 W;因此电动机转化为机械能的功率 P 机 =I 2U -I 22R 2=1 320 W.答案:1 320 W
7. 如右图所示,电源的电动势是 6 V,内电阻是 0.5 Ω,小电动机 M 的线圈电阻为 0.5 Ω, 限流电阻 R 0为 3 Ω,若电压表的示数为 3 V,试求:
(1)电源的功率和电源的输出功率;
(2)电动机消耗的功率和电动机输出的机械功率.
【解析】 (1)由题意和部分电路欧姆定律可知 I =UR R 033
A =1 A. 电源的功率 P 电 =EI =6×1 W=6 W电源的输出功率 P 出 =P 电 -I 2r =6 W-0.5 W=5.5 W.
(2)电动机消耗的功率 P M =IU M =I (E -Ir -UR 0) =2.5 W
电动机输出的机械功率 P 机 =P M -I 2r =2.5 W-0.5 W=2 W.
【答案】 (1)6 W 5.5 W (2)2.5 W 2 W
8.如下图所示,电源电动势为 12 V,内电阻为 r =1 Ω, R 1=1 Ω, R 2=6 Ω,电动机线圈电 阻为 0.5 Ω,若开关闭合后通过电源的电流为 3 A,则 R 1上消耗的电功率为多少?电动机消 耗的电功率为多少?
解析: R 1上消耗的功率 P 1=I 2R 1=9×1 W=9 W电动机两端的电压 U =E -I (R 1+r ) =12 V
-3×(1+1) V=6 V通过 R 2的电流为 I 1=U R 2=66
A =1 A通过电动机的电流为 I 2=I -I 1=2 A故电动机消耗的电功率为 P 2=I 2U =2×6 W=12 W.答案: 9 W 12 W
9.规格为 “220 V,36 W” 的排气扇,线圈电阻为 40 Ω,求:
(1)接上 220 V的电压后,排气扇转化为机械能的功率和发热的功率;
(2)如果接上电源后,扇叶被卡住,不能转动,求电动机消耗的功率和发热的功率.
12.解析: (1)排气扇在 220 V的电压下正常工作时的电流为 I =P U 36220
A≈0.16 A , 发热功率为 P 热 =I 2R =(0.16)2×40 W≈1 W.转化为机械能的功率为 P 机 =P -P 热 =36 W-1 W=35 W.
(2)扇叶被卡住不能转动后,电动机成为纯电阻用电器,电流做功全部转化为热能,此时电
动机中电流为 I ′ =U R =22040
A =5.5 A ,电动机消耗的功率即电功率等于发热功率. P ′ 电 =P ′ 热 =UI ′ =220×5.5 W=1 210 W.答案: (1)35 W 1 W (2)1 210 W 1 210 W
10.如图所示,已知电源电动势 E =20 V,内阻 r =1 Ω,当接入固定电阻 R =4 Ω时,电路 中标有 “3 V,6 W” 的灯泡 L 和内阻 R D =0.5 Ω的小型直流电动机 D 都恰能正常工作.试求:
(1)电路中的电流大小;
(2)电动机的额定电压;
(3)电动机的输出功率.
解析:(1)灯泡 L 正常发光,电路中的电流为 I =P L /U L =63
A =2 A. (2)由闭合电路欧姆定律可求得,电动机的额定电压为
U D =E -I (r +R ) -U L =20 V-2×(1+4) V-3 V=7 V.
(3)电动机的总功率为 P 总 =IU D =2×7 W=14 W
电动机的热功率为 P 热 =I 2R D =22×0.5 W=2 W
所以电动机的输出功率为 P 出 =P 总 -P 热 =14 W-2 W=12 W.
答案:(1)2 A (2)7 V (3)12 W
11.如图所示,电源电动势为 E =30 V,内阻为 r =1 Ω,电灯上标有 “6 V, 12 W” 字样,直 流电动机线圈电阻 R =2 Ω.若电灯恰能正常发光,求电动机输出的机械功率.
解析:由电灯恰能正常发光知:I =P U 灯 =126
A =2 A. 则电动机两端电压 U =E -Ir -U 灯 =22 V.所以电动机的输出功率 P =UI -I 2R =36 W.答案:36 W
12.如图所示,电源的电动势 E =110 V ,电阻 R 1=21 Ω,电动机的电阻 R 0=0.5 Ω,开关 S 1始终闭合。当开关 S 2断开时,电阻 R 1的电功率是 525 W ;当开关 S 2闭合时,电阻 R 1的 电功率是 336 W,求:
(1)电源的内电阻;
(2)当开关 S 2闭合时流过电源的电流和电动机的输出功率。
9.答案:(1)1 Ω (2)26 A 1 606 W
解析:(1)电键 S 1闭合, R 1的电功率 525 W=U 221 ΩU 1=105 V。 E -U 1r =U R 1
, 则 r = E -U 1 R 1U 1 110-105 ×21105
Ω=1 Ω。 (2)电键 S 2闭合时, 336 W=U ′ 2
21 ΩU 1′ =84 V。流过电源电流 I =E -U 1′ r 110-841
A =26 A 。 通过电动机的电流 I M =I -IR 1=(26-8421
) A =22 A 电动机的输入功率 P 入 =U 1′I M =84×22 W=1 848 W 电动机的输出功率 P 出 =P 入 -I 2M R 0=1 848 W-222×0.5 W=1 606 W。 14. (16分 ) 某一直流电动机提升重物的装置如图 7所示,重物的质量 m =50 kg,电源提供的电压 U =110 V,不计一切摩擦.当电动机以 v =0.9 m/s的恒 定速度向上提升重物时,电路中的电流 I =5.0 A,
(1)由此可知电动机线圈的电阻 R 是多少?
(2)用此电动机提升质量为 m ′=20 kg
的重物,电动机的输入功率不变,提
升速度是多少? (g 取 10 m/s2
)
解析 (1)由题意可知,电动机输入的电能一部分转化为线圈的内能,一部 分对外输出转化为被提升重物的机械能, 由能量的转化和守恒定律可得:UI =I 2R
+mg v 解得:R = U
I -
mg v
I ?
?
?
?
?
110
5
50×10×0.9
5Ω=4.0 Ω.
(2)由 UI =I 2R +m ′ g v ′ 得 v ′ = UI -I 2R
m ′ g
110×5-52×4.0
20×10
m/s=2.25 m/s.
答案 (1)4.0 Ω(2)2.25 m/s
范文二:含电动机电路的问题
含电动机电路的问题
在包含有电动机,电解槽等非纯电阻电路中,电功等于UIt,电热等于IRt.但电功不等于电热而是大于电热,有一部分电功转化为机械能(如电动机)或化学能(如电解槽)。同理,IU=I22R+P出,。。。
例1:一台电动机,额定电压是110伏,电阻是0.40欧,正常工作时通过电流为50安.求每秒钟电流所做的功.每秒钟产生的热量.
例2:有一个直流电动机,把它接入0.2V电压的电路时,电机不转,测得流过电动机的电流是0.4A,若把电动机接入2.0V电压的电路中,电动机正常工作,工作电流是1.0A,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? (不转动时就成了纯电阻电路了 1.5w 8W)
例3:一台小型电动机,电枢电阻为20欧,接在电压为120V的电源上,求:当输入电动机的电强度为多大时 ,电动机可得到最大的输出功率?最大输出功率为多少?
解:电动机为非纯电阻电路故:
2IU=IR+P出
2P出=-IR+IU
当 I=-U/2(-R)=3(A)时 电动机有最大的输出功率
2电动机有最大的输出功率 P出=-3×20﹢3×120=180(W)
例4:如图电路中,电阻R=2Ω,电动机内阻r=4Ω,电压U=60W,电压表示数为50V,则电动机消耗的电功率为 ,电动机输出的机械功率为 (电动机机械损耗不计) 例5:某一用直流电动机提升重物的装置,如图所示,重物的质量m=50kg,电源的电动势E=110v,不计电源的内阻以
及各处的摩擦,当电动机以v=0.90m/s的恒定速度向上提
升重物时,电路中的电流强度I=5A,可知电动机线圈的
电阻R=
练习
1.一台电扇的额定电压220V,正常工作时的电流是0.8A,若它的线圈电阻是2.5 ,求这台电扇的耗电功率、发热功率和工作效率。
2.如图所示,电阻R1=20
,电动机的绕组R2=10
。当电键打开时,电流表的示数是0.5A,当电键合上后,电动机转动起来,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=1.5A B.I<1.5A C.P=15W D.P<15W
3.微型吸尘器的直流电动机内阻一定。当加上0.3伏电压时,通过的电流为0.3安,此时电动机不转。当加在电动机两端电压为2.0伏时,电流为0.8安,
这时电动机正常工作,
则吸尘器的效率为多少?
4、一个实验用的电动机与安培表串联后接在6伏的稳压电源上。闭合开关后,电动机并没有转动,这时安培表的示数为5安。检查发现电动机轴上的齿轮被卡住了,排除故障后,让电动机带动轻负载转动,这时安培表的示数为1安,则此时电动机输出的机械功率为
A.30瓦 B.6瓦 C.4.8瓦 D.1.2瓦
5、如图9所示的电路中,电源电动势为12V,内电阻为
1Ω,R1=1Ω,R2=6Ω,电动机线圈电阻为0.5Ω,若开R1
R2 ε
r 关闭合后通过电源的电流为3A,则R1上消耗的电功率
为_________W,电动机消耗电功率为_________W
图9 6.如图1所示电路,电动机的线圈电阻是1Ω,电动机工作时电压表的示数是
12V,电池组的电动势是22V,内电阻是0.5Ω,电阻R上消耗的电功率是18W。求:
(1)电阻R的大小;
(2)电动机输出的功率。
7.某商场安装了一台倾角为30°的自动扶梯,该扶梯在电压为380V的电动机带动下以0.4m/s的恒定速率向斜上方移动,电动机的最大输出功率为4.9KW,不载人时测得电动机中的电流为5A。若载人时扶梯的移动速率与不载人时相同,则这台自动扶梯可同时乘载的最多人数为多少?(设人的平均质量为60kg,g=10m/s2)
解:设可同时乘载最多人数为n,此时电动机处于最大输出功率状态,该状态下,电动机的输出功率一方面转化为扶梯转动所需功率,另一方面转化为n个人以恒定速率向上移动所需功率。
P=UI+nmgvsin30?
3即:4.9?10=380?5+n?60?10?0.4sin30?
n=25
范文三:含电动机的电路求解分析
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含电动机的电路求解分析
作者:陈爱兵
来源:《新课程 ·教师》 2014年第 09期
摘 要:在学习过程中,含有电动机等非纯电阻电路是电学部分学习的难点,很多学生对 概念混淆不清,思路不明确,导致求解错误。正确分析识别纯电阻与非纯电阻电路,是解决含 电动机类电路问题的关键,也是分析问题能力与解决问题能力的重要体现。而实验探究的感性 认识与具体事例的分析,可以帮助学生更深入地了解和分析解决电路中出现的各种问题。
关键词:电动机;纯电阻与非纯电阻;电路分析
在直流电路中,通过电阻的电流产生的能量转化是能量计算的重点知识,但由于不能够正 确区分纯电阻与非纯电阻,导致求解中出现问题,特别含有电动机的相关计算。下面以电动机 为例,来解决纯电阻与非纯电阻应用中的区别与联系。
一、过程再现及分析
含有电动机电路,有电流通过电动机时,线圈消耗电能,产生其他形式能量(内能、机械 能等),该能量转化过程为电流做功的过程,即消耗电功 W=UIt,电流通过线圈产生的焦耳热 Q=I2Rt,那么,两者之间有何关系呢?
解决方案:假如 Q=W,则 UIt=I2Rt,推导出 I=,即欧姆定律,而欧姆定律是需在纯电阻 情况下才成立的。
分析:根据欧姆定律的适用条件,电流通过电阻产生的电能全部转化为内能,即电功等于 电热,此时由欧姆定律适用的电路叫做纯电阻电路;欧姆定律不适用的电路叫做非纯电阻电 路。
问题设计 1:电机在受阻不转动的情况下,电压、电流和电阻的存在的何种关系,消耗的 电能和产生的电热有何关系?
问题设计 2:电动机在转动的状态下,电压、电流和电阻的关系有何特点,消耗的电能和 产生的电热有何关系?
问题设计意图:明确辨别纯电阻电路与非纯电阻电路。
问题设计 3:进一步探究电机在受阻不转动的情况下,电压、电流和热功率、总功率的有 何关系?
范文四:含电动机电路的计算专题练习
含电动机电路的计算专题练习
班级 姓名 成绩
1.“ 220V 、 5. 5kW ”的电动机,线圈电阻为 0. 4Ω,它在正常工作时的电流为 __ _ ___A, 1s 钟内产生的热量是 __ ____J, 1s 内有 ___ ___J的电能转化为机械能。 2. 一个直流电动机所加电压为 U , 电流为 I, 线圈内阻为 R, 当它工作时, 下述说法中 错误 的是 ( )
A 电动机的输出功率为 U 2/R B 电动机的发热功率为 I 2
R
C 电动机的输出功率为 IU- I2R D 电动机的功率可写作 IU= I2R= U2
/R
3.一台电阻为 2Ω的电动机,接在 110V 电路中工作时,通过电动机的电流为 10A ,则这台电动机消 耗的电功率为 ______ , 发热功率为 ______ , 转化成机械功率为 ______ , 电动机的效率为 ______。 4.如图电路中,电阻 R = 2Ω,电动机内阻 r = 4Ω,电压 U AB = 60 V,电 压表示数为 50V ,则电动机消耗的电功率为 ,电动机输出的 机械功率为 (电动机机械损耗不计) 。 5.一只电炉的电阻丝和一台电动机线圈电阻相同,都为 R。设通过它们的
电流相同(电动机正常运转),则在相同的时间内,下述说法中 不正确 的是( ): A .电炉和电动机产生的电热相等
B .电动机消耗的功率大于电炉消耗的功率 C.电炉两端电压小于电动机两端电压
D .电炉和电动机两端电压相等
6. 一台电动机的输出功率是 10kW ,这表明该电动机工作时 ( ). (A)每秒消耗 10kw 电能 (B)每秒对外做 10kw 功 (C)每秒消耗 10kJ 电能 (D)每秒对外做 10kJ 功 7. 一台电动机的电阻为 4Ω, 在 220V 的额定电压下运行时, 发热消耗的电功率为 400W. 若电动机工作 5min ,则电流做功 _____ ___J.
8. 电动机的线圈阻值为 R ,电动机正常工作时,两端的电压为 U ,通过的电流为 I ,工作时间为 t ,下 列说法中正确的是 ( ).
(A)电动机消耗的电能为 UIt (B)电动机消耗的电能为 I 2
Rt
(C)电动机线圈产生的热量为 I 2Rt (D)电动机线圈产生的热量为 U 2
t/R
9. 某一用直流电动机提升重物的装置,如图所示, 重物的质量 m=50千克,电路的电压是 110伏,不 计各处磨擦,当电动机以 V=0.9m/s的恒定速度向上提升重物时,电路中的电流强度 I=5安,由此可
知,电动机线圈的电阻 R= 欧(g 取 10m/s2
)
10. 有一个直流电动机,把它接入 0.2伏电压的电路中,电机不转,测得流过 电动机的电流是 0.4安;若把电动机接入 2.0伏电压的电路中,电动机正常 工作,工作电流是 1.0安,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,电动机的发热功率多大?
11. 如图所示,有一台提升重物用的直流电动机 M ,线圈的内阻为 r =0.60Ω,与电动机串联的定值电 阻阻值为 R =10Ω,电路的路端为 U =160V.图中理想电压表的示数为 110V .求:⑴通过电动机的电流 I 是多大?⑵电动机的输入功率 P 是多大?⑶电动机的机械功率 P /是多大?
12. 将电池、 小灯泡、 电动机、 滑线变阻器组成串联电路, 其中电池电动势 E= 14V, 内阻 r =1Ω, 小
灯泡标有“ 2V 、 4W ” , 电动机内阻 r ' =0.5Ω, 当变阻器阻值为 1Ω时 , 电灯和电动机均为正常 工作 , 求 : (1) 电动机两端的电压 (2) 电动机输出的机械功率 (3) 电路消耗的总功率
13.规格为“ 8V 、 4W ”的小灯泡与小型直流电动机(其线圈内阻为 r 0=0.4Ω)并联后,接至电动势 为 10V ,内电阻 r=0.5Ω的电源上,小灯泡恰好正常发光,求:
(1) 通过小灯泡的电流 I L 和电源的内电压 U ’ 。 (2) 电路中的总电流 I 和通过电动机 D 的电流 I D 。
(3)电动机的输入功率 P ,发热功率 P 热 和电动机的输出功率 P 出 。
14. 如图所示, 电源的电动势 E =110V, 电阻 R 1=21Ω, 电动机绕组的电阻 R 0=0.5Ω, 电键 S 1始终闭合。
当电键 S 2断开时,电阻 R 1的电功率是 525W ;当电键 S 2闭合时,电阻 R 1的电功率是 336W ,求 (1)电源的内电阻; (2)当电键 S 2闭合时流过电源的电流和电动机 的输出的功率。
含电动机电路的计算专题练习参考答案
1.25,250,5250,; 2.AD; 3.1100W,200W,900W,82℅ ;4.250W,150W;5.D;6.D;7.6.6 X105 8.AC;9.4;10.1.5W,8W. 11.5A; 550W; 535W. 12.8V,14W,28W;13.0.5A,2V;4A,3.5A;28W,4.9W,23.1W 14.1Ω,22A,1606W.
含电动机的电路
电能是我们日常生活中最常见的能源, 而电动机是日常生活中常见的装置, 它将电能转化为机械 能。含有电动机的电路中,电能除了转化为热能外,还有一部分转化为机械能作为电动机的输出,所 以含有电动机的电路的求解比纯电阻电路要复杂,也更容易出错,不过不用担心,下面我们将介绍一 种针对含电动机电路的“有效方法” ,让你遇到这里问题如庖丁解牛,游刃有余。
大思路
含电动机的电路由于涉及电能转化为机械能,电动机正常工作的电压电流关系不再满足
U I R =,
我们需要从能量守恒的角度去研究。
电动机正常工作时的输入功率 (即电动机消耗的总功率) 一部分转化为电热, 一部分转化为机械 能输出。根据能量守恒:
P P P
=+
输入 热 输出
1. 求电动机两端的电压 U
2. 求流过电动机的电流 I
3. 求电动机的内阻 r
4. 求电动机输入功率 P
输入
,用电功率公式 P=IU计算
5. 求电动机内阻消耗的电热功率 P 热 ,根据焦耳定律求出 2 P I r =热
注意:4、 5中的两个公式不能使用纯电阻电路中的其他变形。
6. 求出 P 输入 、 P
热
之后,不难求出 P 输出
举一反三,如果已知 P 输出 、 P 输入 、 P
热
中的任意两个,则另一个可以通过解能量守恒方程求出。
下面我们就体验一下用这种思路求电动机的输出功率。
体验一
有一个直流电动机, 把它接入 0.2V 电压的电路时, 电动机不转, 测得流过电动机的电流是 0.4A ,
若把它接入 2V 电压的电路中, 电动机正常工作, 工作电流是 1A 。 求:电动机正常工作时的输出功率。
体验思路
(1) 正常工作电动机两端的的电压 U=2V (2) 工作电流:I=1A (3) 电动机内阻
题中没有直接给出,需要根据已知条件计算:
接入 0.2V 电压,流过电动机的电流为 0.4A 。电动机不转,此时电动机输出功率为 0,相当
于一个电阻。已知电压和电流,不难求出电动机内阻 000.2
r 0.50.4
U I ===Ω (4) 求电动机的输入功率,即总功率:
122P IU W ==?=
(5) 电动机电热功率
2
110.50.5P W =?=
(6)输出功率:2120.51.5P P P W =-=-=
小结
含电动机的电路部分必须利用能量守恒求解, 对于电动机必须注意公式要运用的正确。 纯电阻电
路部分的一些公式的变形都不能使用, 所以要求输入功率, 必须求出电动机两端电压和工作电流; 要 求电动机消耗的电热功率, 必须求出电动机的工作电流和内阻。 电路中不含电动机而只包含电阻的纯 电阻电路部分的公式变形还是可以使用的。我们可以通过下面这个题目体验一下将两者结合起来使 用:
体验二
如图 1所示电路,电动机的线圈电阻是 1Ω,电动机工作时电压表(理想电压表)的示数是 12V , 电源电动势是 22V ,电阻 R 消耗的功率为 10W, 求:电动机输出的功率。
体验思路
(1) 求电动机两端电压 U
根据电路图,电压表示数就是电动机两端电压,所以 U 12V =
(2) 求电动机工作电流 I
电压表为理想电压表,所以电动机与电阻 R 串联接于电源两端, I 为整个电路的总电流。
R U U 221210(V)ξ=-=-=
电阻 R 消耗的功率 R R R R P U I U I ==,已知电阻 R 消耗的功率为 10W
R R P 10
I 1(A)U 10
=
==
(3) 求电动机内阻
已知电动机线圈电阻 r 1=Ω
(4) 电动机的输入功率
11212() P IU W ==?=
(5) 电动机的电热功率
22
1I r 111() P W ==?=
(6) 电动机的输出功率
out 1P P P 12111(W)=-=-=
实战题
【练习一】
如图 1所示电路, 电动机的线圈电阻是 1Ω, 电动机工作时电
压表的示数 是 12V ,电池组的电动势是 22V ,内电阻是 0.5Ω,电阻 R 上 消耗的电功
率是 18W 。求:
(1)电阻 R 的大小; (2)电动机输出的功率。
指点迷津
这道题与体验二类似,但是电池组不是理想电源,在求解时很容易出错。 (1) 电动机两端电压 U 12V = (2) 电动机工作电流 I
电压表为理想电压表,所以电动机与电阻 R 串联接于电源两端, I 为整个电路的总电流。 根据全电路欧姆定律
e =UI(Rr ) 2212I(0.5R)
ξ++?=++①
电阻 R 上消耗的功率 2
2
R P I R 18=IR =?
②
①②联立求得 I=2A,R=4.5Ω
(3) 求电动机内阻 , 已知电动机线圈电阻 r 1=Ω (4) 电动机的输入功率 , 21224() P IU W ==?= (5) 电动机的电热功率 , 2
21I r 214() P W ==?= (6) 电动机的输出功率
out 1P P P 24420(W)=-=-=
【练习二】
如图所示,电阻 R 1=8Ω,电动机绕组电阻 R 0=2Ω,当电键 K 断开时, 电
阻 R 1消耗的电功率是 2.88W ;当电键闭合时,电阻 R 1消耗的电 功率是 2W ,
若电源的电动势为 6V. 求:电键闭合时, 电动机输出的机械功率 .
指点迷津
1. 闭合 K 后,电动机与 R 1并联 R U U =
R 1消耗的电功率 222R
111U U U P 2U 4V R R 8
=
=?=?= 2. 电动机的工作电流 0I .
K 闭合,根据全电路欧姆定律 01U Ir U (II )r ξ=+=++ ① R 1上的电流 11U 4
I 0.5(A)R 8
=
== ② 我们需要求出电源内阻 r :
K 断开,电阻 R 1消耗的电功率为
2.88W
21P I R I 0.6A =?=
==断 断 116
I (rR ) r R 8=2() I 0.6
ξ
ξ=+?=
-=
-Ω断 断
③ ②③代入①解方程得 0I 0.5A = 3. 电动机内阻 R 0=2Ω
4. 输入功率 in 0P I U 0.542(W)==?= 5. 电热功率 02
2
R 00P I R 0.520.5(W)==?= 6. 输出功率 0out in R P P P 20.51.5(W)=-=-=
【练习三】
某一用直流电动机提升重物的装置如右图所示,重物质量
m=50kg,
电源
提供恒定电压 U=110V,不计各处摩擦,当电动机以 v=0.90m/s 的恒定速度向上提升重物时,电路中 电流强度 I=5A,求电动机线圈电阻 r (2
g 10m /s =) 。
指点迷津
这道题与前面的题不同,所求的不是电动机的输出功率而是它的内阻。 在 P 输出 、 P 输入 、 P 热
中,只有 P 热 的公式中包含电动机的内阻 r ,所以需要求出 P 输出 、 P 输入 ,进而求出 P 热 中的 r 。 1. 电动机两端电压 U=110V 2. 电动机工作电流 I=5A 3. 电动机的内阻 r
4. 电动机的输入功率 5110550() P IU W ==?=输入 5. 电动机的电热功率 2
r 25r P I ==热
6. 电动机的输出功率 P P P 55025r =-=-输出 输入 热 ①
7. 电动机以 v=0.90m/s的恒定速度向上提升重物,电动机的输出功率等于物体重力做功的功率
G P P mgv 50100.90450(W)===??=输出 ②
8. ①②两式联立,可以得到 r=4Ω.
点评
通过上面的例题,大家应该注意到:在遵循大思路解题时,一些难题往往不能一下子求出每一步 的未知量 (比如电动机的工作电流 I ) 。 遇到这种情况时, 大家要有意识的列出关于此未知量的方程组, 通过联立方程来解出所求的未知量。
直流电路动态分析专题练习
班级 姓名 成绩
1. 在如图 1所示的电路中, R 1、 R 2、 R 3和 R 4皆为定值电阻, R 5为可变电阻,电源的电动势为 E ,
内阻为 r 0, 设电流表 A 的读数为 I , 电压表 V 的读数为 U , 当 R 5的滑动触点向图中 a 端移动时, ( )
A. I 变大, U 变小 B. I 变大, U 变大 C. I 变小, U 变大 D. I 变小, U 变小
2. 在图所示的电路中, 电源的电压为 U , R O 为半导体热敏电阻, r 、 R 1、 R 2是普通电阻, 设除热电阻外, 其他均不受温度的影响, 那么当环境温度升高后, 关于各电表示数的说法 中正确的是( )
A 、 A 增大, V 1增大, V 2增大 B 、 A 增大, V 1减小, V 2增大
C 、 A 减小, V 1增大, V 2增大 D 、 A 增大, V 1减小, V 2减小
3.如图所示,当滑动变阻器滑动触头向左移动时,灯泡 A 、 B 、 C 的亮度 将( )
A. 都变亮 B. 都变暗
C. A 、 B 变暗, C 变亮 D.A 、 B 变亮, C 变暗
4.在如图 3的电路中,当滑动变阻器的滑动头向下滑动时, A 、 B 两灯亮度的变化情况为 ( ) A A灯和 B 灯都变亮 B A灯、 B 灯都变暗 C A灯变亮, B 灯变暗 D A灯变暗, B 灯变亮
5.如右图 4所示,当滑动变阻器的滑动片 P 向左移动时, 两电表的示数变化情况为 ( ) A 电流表示数减小,电压表示数增大 B 电流表示数增大,电压表示数减小 C 两表示数均增大 D 两表示数均减小
6.如图所示电路中,电源电动势为ε,内阻为 r , R 1、 R 2、 R 3均为可变电阻,要使电阻 R 消耗的电功
率增大,则可以( )
A 增大 R 1 B 减小 R 1 C 减小 R 2 D 增大 R 3
7.在如图 3电路中,电源电动势是 E ,内电阻是 r ,当滑动变阻器 R3的 滑动头向左移动时 ( )
A 电阻 R1的功率将加大 B 电阻 R2的功率将减小
C 电源消耗的功率将加大 D 电源的效率将增加
8. 如图 3所示的电路中,电源电动势为 E ,内阻为 r , R 1和 R 2是两个定值电阻。当滑动变阻器的触头向 a 滑动时,流过 R 1的电流 I 1和流过 R 2的电流 I 2的变化情况为( )
A . I 1增大, I 2减小 B . I 1减小, I 2增大 C . I 1增大, I 2增大 D . I 1减小, I 2减小
9. 当滑动变阻器的滑动片 P 向左端滑动时,以下说法正确的是( )。
A 、安培表的示数减小,伏特表的示数增大; B 两表示数都减小; C 、安培表的示数增大,伏特表的示数减小; D 两表示数都增大。 10、如图所示电路中,变阻器滑动触头 B 向 C 移动时, V 1读数 将 ; V 2的读数将变 , V 3的读数将变 ; A 1的读数 将变 ; A 2的读数将变 。
11. 灯泡的亮度决定于它的实际电功率(而不是额定功率) ,实际 消耗的电功率越大,灯泡越亮,实际消耗的功率越小,灯泡越暗,
在如图所示电路中, A 、 B 、 C 、 D 是四只相同的电灯,当滑动变阻器的滑键向下滑时,下列说法正确 的是( )
A.A 灯变亮; B.B灯变亮; C.C灯变亮; D.D灯变亮。 12. 图示电路中, 当变阻器 R 3的滑动头 P 向 b 端移动时, ( ) A .电压表示数变大,电流表示数变小 B .电压表示数变小,电流表示数变大 C .电压表示数变大,电流表示数变大
D .电压表示数变小,电流表示数变小
直流电路动态分析专题练习参考答案
1.D,2.B;3.D;4.B;5.B;6.B;7.C;8.B;9.C;10. 大。大。大。小。大;
11.BD;12.B.
范文五: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
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
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R 0,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-I 2R
C .电源的输出功率为IE-I 2r
D .整个电路的热功率为I 2(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
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
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:P W 出=UI -I r =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
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U 1,电阻R 两端的电压为U 2,则U 1=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)
(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U L ,电动机启动后灯泡电压仍为路端电压,设为U L ′.
求得车灯的电阻R=1.2Ω,
灯泡消耗功率为P L =EI-I2r=120W;
(2)电动机启动后,路端电压U L ′=E-I′r=9.6V,灯泡消耗电功率
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:
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(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+P Q ,得生热的功率
P Q =P 入-P 机=(0.6-0.4)W =0.2 W
所生热量Q =P Q t =0.2×30 J=6 J
(3)根据焦耳定律Q =I 2Rt ,得线圈电阻 R ==Ω=5 Ω
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