Question

圖為一電動(dòng)拉門的部分控制電路和工作原理示意圖，A為電動(dòng)機(jī)，c為電磁鐵，D為銜鐵，E為控制電路電源，F(xiàn)為彈簧，B為電子控制開關(guān)，G為電動(dòng)機(jī)工作電路開關(guān)電動(dòng)機(jī)工作電壓為220V，工作電流為1A，電動(dòng)機(jī)內(nèi)阻為5Ω．當(dāng)需要閉合拉門時(shí)，電動(dòng)機(jī)勻速拉動(dòng)細(xì)繩并通過(guò)滑輪組帶動(dòng)拉門運(yùn)動(dòng)，電動(dòng)拉門經(jīng)過(guò)2s完全閉合，所移動(dòng)的距離為2m．（忽略滑輪組工作時(shí)的能量損失）
（1）若要自動(dòng)拉門閉合，控制電路的開關(guān)B應(yīng)當(dāng)是閉合還是斷開？
（2）電動(dòng)機(jī)工作時(shí)的功率是多少？電動(dòng)機(jī)發(fā)熱的功率是多少？
（3）電動(dòng)拉門完全閉合過(guò)程中，拉力對(duì)拉門需要做多少功？拉門所受的拉力多大？

Answer 1

解：（1）自動(dòng)拉門閉合時(shí)需要電動(dòng)機(jī)工作拉動(dòng)滑輪，所以應(yīng)閉合開關(guān)接通電路，讓電磁鐵通電產(chǎn)生磁性，吸引銜鐵，使電動(dòng)機(jī)電路處于工作狀態(tài)；
（2）電動(dòng)機(jī)工作時(shí)的功率P=UI=220V×1A=220W，
因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的內(nèi)阻會(huì)發(fā)熱，根據(jù)焦耳定律得：發(fā)熱功率為P₁=I²R=（1A）²×5Ω=5W；
（3）電動(dòng)機(jī)工作時(shí)消耗的電能一部分因電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻發(fā)熱而消耗，所以電動(dòng)機(jī)對(duì)拉門做功的功率為：P₂=P-P₁=220W-5W=215W；
所以電動(dòng)機(jī)對(duì)拉門做的功為：W₂=P₂t=215W×2s=430J；
則對(duì)拉門的拉力F===215N．
答：（1）若要自動(dòng)拉門閉合，控制電路的開關(guān)B應(yīng)是閉合；
（2）電動(dòng)機(jī)工作時(shí)的功率是220W；電動(dòng)機(jī)發(fā)熱的功率是5W；
（3）電動(dòng)拉門完全閉合過(guò)程中，拉力對(duì)拉門需要做430J的功，拉門所受的拉力為215N．
分析：（1）根據(jù)自動(dòng)拉門閉合時(shí)的運(yùn)動(dòng)方向分析滑輪組的拉力方向，得出控制電路的工作狀態(tài)；
（2）根據(jù)P=UI求電動(dòng)機(jī)工作時(shí)的功率，利用P=I²R求發(fā)熱功率；
（3）根據(jù)電動(dòng)拉門經(jīng)過(guò)2s完全閉合可知：電動(dòng)機(jī)工作2s時(shí)所做的功就是拉力對(duì)拉門做的功，根據(jù)滑輪組的使用得出拉門時(shí)拉力移動(dòng)的距離，利用F=即可拉力．
點(diǎn)評(píng)：此題綜合性很強(qiáng)，既考查了對(duì)功和功率的計(jì)算，也考查了電動(dòng)機(jī)中能量轉(zhuǎn)化特點(diǎn)，注意電動(dòng)機(jī)工作時(shí)電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和機(jī)械能．