Question

14．小璐同學(xué)準(zhǔn)備參加玩具車比賽，她想運(yùn)用圖甲所示的電路來(lái)挑選一只能量轉(zhuǎn)換效率較高的電動(dòng)機(jī)．已知電池電壓為3V且恒定不變．

（1）為了測(cè)出電動(dòng)機(jī)線圈的電阻，她先用手捏住電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸，使其不轉(zhuǎn)動(dòng)，短暫閉合開(kāi)關(guān)后讀出電流表的讀數(shù)如圖乙所示，求電動(dòng)機(jī)線圈的電阻？
（2）然后放手，當(dāng)電動(dòng)機(jī)正常轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，又讀出電流表的讀數(shù)為0.8A，求電動(dòng)機(jī)正常轉(zhuǎn)動(dòng)1min消耗多少電能？電流在電機(jī)線圈里同時(shí)會(huì)產(chǎn)生多少熱量？
（3）請(qǐng)通過(guò)計(jì)算這臺(tái)電動(dòng)機(jī)的能量轉(zhuǎn)換效率說(shuō)明小璐選這臺(tái)電動(dòng)機(jī)去參加比賽好不好？

Answer 1

分析 當(dāng)電機(jī)不轉(zhuǎn)時(shí)，電機(jī)可看作純電阻，由歐姆定律可求得電阻；由功率公式可求得功率；正常轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，只能由焦耳定律求出熱量，由效率公式可求得能量的轉(zhuǎn)換效率．

解答 解：（1）讀圖乙可知，電流表的量程為0～3A，分度值為0.1A，其示數(shù)為2A，
電機(jī)不轉(zhuǎn)時(shí)：由I=$\frac{U}{R}$得，
R=$\frac{U}{I}$=$\frac{3V}{2A}$=1.5Ω；
（2）當(dāng)電動(dòng)機(jī)正常轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，1min消耗的電能：W=UIt=3V×0.8A×60s=144J，
由焦耳定律可得正常轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)發(fā)出的熱量：Q=I²Rt=（0.8A）²×1.5Ω×60s=57.6J．
（3）電動(dòng)機(jī)的能量轉(zhuǎn)換效率為：η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{總}(cāng)}$×100%=$\frac{W-Q}{W}$×100%=$\frac{144J-57.6J}{144J}$×100%=60%．
對(duì)于一臺(tái)電動(dòng)機(jī)來(lái)講，60%的能量轉(zhuǎn)換效率并不算高，因此小璐選這臺(tái)電動(dòng)機(jī)去參加比賽并不好．
答：（1）電動(dòng)機(jī)線圈的電阻為1.5Ω；
（2）電動(dòng)機(jī)正常轉(zhuǎn)動(dòng)1min消耗的電能為144J；電流在電機(jī)線圈里產(chǎn)生的熱量為57.6J；
（3）這臺(tái)電動(dòng)機(jī)的能量轉(zhuǎn)換效率為60%，小璐選這臺(tái)電動(dòng)機(jī)去參加比賽并不好．

點(diǎn)評(píng) 在非純電阻電路中，電功W=UIt及焦耳定律Q=I²Rt分別用來(lái)求出消耗的電能和發(fā)熱量，這是解答的關(guān)鍵．同時(shí)本題還要對(duì)能量的轉(zhuǎn)換效率有深入的理解．