Question

小明認(rèn)為：電風(fēng)扇工作時(shí)，電能轉(zhuǎn)化為葉片轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械能和線圈發(fā)熱、摩擦等產(chǎn)生的內(nèi)能．其中轉(zhuǎn)化為機(jī)械能所做的功是有用功，轉(zhuǎn)化為內(nèi)能所做的功是額外功．為了粗略探測(cè)電風(fēng)扇正常工作的電能轉(zhuǎn)化效率，小明用一個(gè)銘牌上標(biāo)有額定電壓為U，但其它字跡不清的小型直流電風(fēng)扇來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如下：
（1）按下圖所示連接好電路（圖中為電風(fēng)扇），閉合開(kāi)關(guān)，葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，移動(dòng)變阻器滑片至某一位置時(shí)，葉片剛好不轉(zhuǎn)動(dòng)，讀出此時(shí)電壓表和電流表的示數(shù)分別為U₀、I₀，則線圈導(dǎo)體的電阻是多少？
（2）向

左

（選填“左”或“右”）移動(dòng)變阻器滑片，使電壓表示數(shù)為額定電壓U，讀出此時(shí)電流表的示數(shù)為I；
（3）若忽略摩擦，只考慮線圈發(fā)熱損耗，則電風(fēng)扇正常工作時(shí)電能轉(zhuǎn)化效率的表達(dá)式η是多少？（用測(cè)出的已知量表示）

Answer 1

分析：（1）電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能所做的功是有用功，轉(zhuǎn)化為內(nèi)能所做的功是額外功．當(dāng)葉片剛好不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)電路是純電阻電路，根據(jù)歐姆定律求出線圈導(dǎo)體的電阻；
（2）電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)，說(shuō)明電動(dòng)機(jī)的電壓低于額定電壓，可向左移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片，使變阻器分擔(dān)的電壓減小，使電動(dòng)機(jī)的電壓增大；
（3）根據(jù)能量守恒定律求出輸出功率，根據(jù)電風(fēng)扇正常工作時(shí)效率等于輸出功率與輸入電功率之比，求出效率．

解答：解：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能所做的功是有用功，轉(zhuǎn)化為內(nèi)能所做的功是額外功．
（1）當(dāng)葉片剛好不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)歐姆定律得，線圈導(dǎo)體的電阻：
R=

U0

I0

；
（2）電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)，說(shuō)明電動(dòng)機(jī)的電壓低于額定電壓，可向左移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片，使變阻器分擔(dān)的電壓減小，使電動(dòng)機(jī)的電壓增大，達(dá)到額定電壓；
（3）電風(fēng)扇正常工作時(shí)，輸入功率為P_電=UI，
輸出功率為P_出=UI-I²R，
則效率為η=

P出

P電

×100%=

UI-I2R

UI0

×100%=

UI0-IU0

UI0

×100%．
答：（1）R=

U0

I0

；
（2）左；
（3）電風(fēng)扇正常工作時(shí)電能轉(zhuǎn)化效率的表達(dá)式η=

UI0-IU0

UI0

×100%．

點(diǎn)評(píng)：對(duì)于電動(dòng)機(jī)，電路是純電阻電路還是非純電阻電路，關(guān)鍵看電能如何轉(zhuǎn)化，如電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，其電路即為純電阻電路．