Question

19．暑假參加車模比賽的同學(xué)，為了得到更好的成績需要選一個好的電動機，他們設(shè)計了圖1所示的電路，來挑選一只能量轉(zhuǎn)換效率較高的電動機．已知電池的電壓為3V且恒定不變：

（1）為了測出電動機線圈的電阻，他先用手捏住電動機的轉(zhuǎn)軸，使其不轉(zhuǎn)動，短暫閉合開關(guān)后讀出電流表的讀數(shù)如圖1所示．求該電動機線圈的電阻．
（2）然后放手，當(dāng)電動機正常轉(zhuǎn)動時，又讀出電流表的讀數(shù)為1A．求電動機正常轉(zhuǎn)動2min消耗多少電能？電流在電機線圈里同時會產(chǎn)生多少熱量？
（3）電動機正常轉(zhuǎn)動時輸出的機械功率是多大？
（4）請通過計算這臺電動機的能量轉(zhuǎn)換效率說明小華選這臺電動機去參加比賽好不好？

Answer 1

分析 （1）讀出電動機不轉(zhuǎn)時，通過它的電流，由I=$\frac{U}{R}$計算電動機線圈的電阻；
（2）由W=UIt計算電動機轉(zhuǎn)動時消耗電能，由Q=I²Rt計算電機線圈產(chǎn)生熱量；
（3）電動機工作電能轉(zhuǎn)化為機械能和內(nèi)能，由此計算輸出的機械能，再計算輸出的機械功率；
（4）計算出這臺電動機的效率分析即可．

解答 解：
（1）由圖2知，電流表使用0-0.3A量程，分度值0.1A，所以電動機不轉(zhuǎn)時，通過它的電流為2A，
由I=$\frac{U}{R}$可得，電動機線圈的電阻：
R=$\frac{U}{I}$=$\frac{3V}{2A}$=1.5Ω；
（2）當(dāng)電動機正常轉(zhuǎn)動時，通過電動機的電流為1A，
電動機正常轉(zhuǎn)動2min消耗電能：W=UI′t=3V×1A×2×60s=360J，
電機線圈產(chǎn)生熱量：Q=I′²Rt=（1A）²×1.5Ω×2×60s=180J，
（3）電動機工作電能轉(zhuǎn)化為機械能和內(nèi)能，所以電動機工作2min輸出的機械能：
W_機=W-Q=360J-180J=180J，
輸出的機械功率：
P_機=$\frac{{W}_{機}}{t}$=$\frac{180J}{2×60s}$=1.5W；
（4）這臺電動機的效率：
η=$\frac{{W}_{機}}{W}$×100%=$\frac{180J}{360J}$×100%=50%，
這臺電動機的效率比較低，所以小華選這臺電動機去參加比賽不好．
答：（1）該電動機線圈的電阻1.5Ω．
（2）電動機正常轉(zhuǎn)動2min消耗360J電能，電流在電機線圈里同時會產(chǎn)生180J熱量；
（3）電動機正常轉(zhuǎn)動時輸出的機械功率是1.5W；
（4）這臺電動機的效率只有50%，所以小華選這臺電動機去參加比賽不好．

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