3.6.4非純電阻電路-電動機(jī)（教師版）

非純電阻電路【知識點(diǎn)】非純電阻電路與輸電問題1.電動機(jī)的分析說明電動機(jī)正常工作時，求電動機(jī)的電阻不能用歐姆定律，歐姆定律只能用于純電阻電路的計(jì)算。實(shí)際上電阻兩端的電壓并不是U，而是UU'，也可以從能量理解，產(chǎn)生電流會發(fā)熱，電動機(jī)不完全產(chǎn)生內(nèi)能還產(chǎn)生機(jī)械能，所以輸入功率P=UI≠I2R可以把電動機(jī)看做：2.有關(guān)電動機(jī)的計(jì)算問題一：計(jì)算電動機(jī)的電阻（前提一定要電動機(jī)卡主或剛啟動時，這時電動機(jī)可以看做是一個純電阻電路。由此刻的電動機(jī)兩端的U和通過的I計(jì)算電動機(jī)的電阻）即：電動機(jī)的電阻：注：如果電動機(jī)正常工作不能用此公式求電阻?。?！問題二：求電動機(jī)所消耗的電功率或電動機(jī)在時間t內(nèi)所消耗的電功。消耗的電功率：P電=UI（電功率、總功率、消耗功率、額定功率、輸入功率）消耗的電功：W電=UIt（總電能）問題三：求這臺電動機(jī)的發(fā)熱功率或在時間t內(nèi)，電動機(jī)線圈產(chǎn)生的熱量。電動機(jī)的發(fā)熱功率：P熱=I2R（額外功率）電動機(jī)線圈產(chǎn)生的熱量：Q=I2Rt（額外功）問題四：求電動機(jī)做的機(jī)械功率或電動機(jī)在時間t內(nèi)所做的機(jī)械功機(jī)械功率：P機(jī)=UII2R（有用功率、機(jī)械功率、輸出功率、牽引功率）機(jī)械功：W機(jī)=(UII2R)t（有用功）特殊：P機(jī)=F.V問題五：求電動機(jī)機(jī)械效率方法一：方法二：【典例】例1基本計(jì)算在計(jì)算電動機(jī)工作時所消耗的電功率時，小杰和小施產(chǎn)生了不同意見。小杰利用公式P=IU計(jì)算電動機(jī)所消耗的電功率，小施利用P=I2R來計(jì)算電動機(jī)所消耗的電功率。（已知：電動機(jī)線圈電阻為R，電動機(jī)工作時兩端的電壓為U，通過電動機(jī)的電流強(qiáng)度為I）（1）請你判斷這兩位同學(xué)計(jì)算電動機(jī)所消耗的電功率的方法是否正確，并說明理由。（2）求這臺電動機(jī)在時間t內(nèi)，電動機(jī)線圈產(chǎn)生的熱量。（3）求電動機(jī)在時間t內(nèi)所做的機(jī)械功。例2與力結(jié)合某工地用電動起重機(jī)吊起重物，重物的質(zhì)量m=400kg，電源提供的電壓U=220V，不計(jì)一切摩擦。當(dāng)電動起重機(jī)以v=0.1m/s的恒定速度向上提升重物時，電路中的電流I=2A（1）電動機(jī)線圈的電阻R是多少？（2）電動機(jī)勻速提升質(zhì)量m′=200kg的重物，電動機(jī)的輸入功率不變，提升速度是多少？例3串并聯(lián)問題1.串聯(lián)如圖所示，當(dāng)開關(guān)閉合時，電壓表V1、V2的示數(shù)分別為10V和4V．已知電動機(jī)M的線圈電阻為1Ω，R是阻值為4Ω的定值電阻，則下列結(jié)論正確的是（）A．R兩端的電壓為6V B．電動機(jī)工作1min，電動機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械能為300J C．電路中的電流為2A D．電動機(jī)消耗的電功率為10W【解答】解：由電路圖可知，定值電阻和電動機(jī)串聯(lián)在電路中，電壓表V1測量的是電源電壓，為10V；V2測量的是定值電阻兩端的電壓，為4V，故A錯誤；電路中的電流I＝＝＝1A，電動機(jī)兩端的電壓：UM＝U﹣UR＝10V﹣4V＝6V，電動機(jī)消耗的電能：W＝UMIt＝6V×1A×60s＝360J，電動機(jī)放出的熱量：Q＝I2RMt＝（1A）2×1Ω×60s＝60J，電動機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械能為360J﹣60J＝300J，故B正確，C錯誤；電動機(jī)消耗的功率：P＝UI＝6V×1A＝6W，故D錯誤。故選：B。2.并聯(lián)如圖，電動機(jī)M的線圈電阻為0.5歐，當(dāng)S斷開時，電流表讀數(shù)1安。當(dāng)S閉合時，電流表讀數(shù)3安。問：（1）電阻R為多大？（2）電動機(jī)的機(jī)械功率為多大？（3）電動機(jī)工作2分鐘，電動機(jī)線圈產(chǎn)生了多少熱量？例4電機(jī)卡住、剛啟動問題小明同學(xué)的玩具電動車上，有一微型直流電動機(jī)，小明將它接在圖示的電路中，閉合開關(guān)后，移動變阻器的滑動片P。（1）當(dāng)電壓表示數(shù)為0.3V時，電動機(jī)不轉(zhuǎn)動，此時電流表示數(shù)為0.3A．求電動機(jī)線圈的電阻是多大？（2）當(dāng)電壓表示數(shù)為3V時，電動機(jī)正常轉(zhuǎn)動，此時電流表示數(shù)為0.4A．求電動機(jī)的發(fā)熱功率及對外做功的機(jī)械功率。例5輸電問題如圖所示是某醫(yī)院的應(yīng)急供電線路示意圖。柴油發(fā)電機(jī)到用電區(qū)的輸電線路所用導(dǎo)線單位長度的電阻為5×101Ω/m，柴油發(fā)電機(jī)的輸出電壓為260V。用電區(qū)內(nèi)每個用電器的額定電壓均為220V，總功率為44kW，當(dāng)這些用電器都正常工作時，求：（1）輸電線路中的電流多大？（2）輸電線路損失的電功率是多少？（3）發(fā)電機(jī)與用電區(qū)間的距離？（4）若應(yīng)急供電1小時，發(fā)電機(jī)效率為30%，醫(yī)院最少需要準(zhǔn)備多少柴油？（柴油的熱值為4.0×107J/kg）例6證明一只電動機(jī)，接在電壓恒定的電源上。當(dāng)被卡住不轉(zhuǎn)時，測得此時電功率為P1；正常轉(zhuǎn)動時，測得電功率為P2．試證明：若電動機(jī)轉(zhuǎn)軸處的摩擦不計(jì)，電動機(jī)正常轉(zhuǎn)動時的機(jī)械效率為?！咀兪接?xùn)練】1.圖所示的電路，直流小電動機(jī)與定值電阻R2串聯(lián)接在電壓U＝15V的電源上，已知R2＝10Ω，小電動機(jī)兩端電壓U1＝10V，則下列計(jì)算正確的是（）A．通過小電機(jī)中線圈的電流為1A B．電阻R2消耗的電功率為10W C．小電動機(jī)發(fā)熱的功率為5W D．小電動機(jī)消耗的電功率為5W【解答】解：因串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，所以，R2兩端的電壓：U2＝U﹣U1＝15V﹣10V＝5V，因串聯(lián)電路中各處的電流相等，所以，通過小電機(jī)中線圈的電流：I＝＝＝0.5A，故A錯誤；電阻R2消耗的電功率：P2＝U2I＝5V×0.5A＝2.5W，故B錯誤；小電動機(jī)消耗的電功率：P1＝U1I＝10V×0.5A＝5W，故D正確；因電動機(jī)的內(nèi)阻不知，所以，無法得出小電動機(jī)發(fā)熱的功率，故C錯誤。故選：D。2.接通電路，加在某玩具電動機(jī)上的電壓是U，用手將電動機(jī)轉(zhuǎn)軸捏住使其不轉(zhuǎn)，電動機(jī)將電能全部轉(zhuǎn)化為熱能，消耗的電功率為P1；松手后電動機(jī)正常工作，消耗的電功率為P2，則電動機(jī)正常工作時，線圈上消耗的機(jī)械功率為（）DA．P2P1 B．P2C．D．3.如圖是一電動機(jī)提升物體的示意圖，電源電壓為120伏。電動機(jī)將一個質(zhì)量為50千克的物體1秒內(nèi)勻速上提0.9米，電路中的電流為5安培，（g取10牛/千克）（1）求該電動機(jī)工作1秒鐘所產(chǎn)生的電熱。（2）求電動機(jī)線圈阻值。（3）當(dāng)該重物上升到一定高度時，電動機(jī)的轉(zhuǎn)子突然被卡住，為什么這種情況下電動機(jī)容易燒壞？4.圖所示利用小型發(fā)電機(jī)給工廠中的電動機(jī)和燈泡供電，發(fā)電機(jī)的輸出功率為1kW，輸電電壓為250V，發(fā)電機(jī)與工廠之間距離為為400m，發(fā)電機(jī)與工廠之間兩根輸電導(dǎo)線總電阻為7.5Ω，其它導(dǎo)線電阻忽略不計(jì)，在該電路中燈泡的實(shí)際功率為110W，電動機(jī)線圈電阻4Ω。試求∶（1）輸電導(dǎo)線損失的功率為多大?輸電效率為多少?（2）電動機(jī)的電功率以及輸出功率。5.某同學(xué)根據(jù)如圖所示電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，先用夾子夾住電動機(jī)轉(zhuǎn)軸使其不能轉(zhuǎn)動，閉合開關(guān)S，移動滑動變阻器滑片，記下電壓表讀數(shù)和電流表讀數(shù)；后松開夾子，使電動機(jī)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，移動滑動變阻器滑片，記下電壓表讀數(shù)和電流表讀數(shù)。數(shù)據(jù)記錄如表：利用如表數(shù)據(jù)計(jì)算和分析：（1）電動機(jī)不轉(zhuǎn)動時，通電10s，電動機(jī)所做的電功W1和所產(chǎn)生的熱量Q1。（2）電動機(jī)轉(zhuǎn)動時，通電10s，電動機(jī)所做的電功W2和所產(chǎn)生的熱量Q2。（3）試比較W1和Q1的大小關(guān)系以及W2和Q2的大小關(guān)系，并分析其原因達(dá)標(biāo)檢測1.如圖所示，有一內(nèi)電阻為4.4Ω的電解槽和一盞標(biāo)有“110V，60W”的燈泡串聯(lián)后接在電壓為220V的直流電路兩端，燈泡正常發(fā)光，則（）CA．電解槽的輸出電功率為60WB．電解槽的發(fā)熱功率為60WC．電解槽的輸出功率為58.7WD．電路消耗的總功率為60W2.電動機(jī)在生活中的應(yīng)用非常廣泛。（1）若某電動機(jī)的線圈電阻為R，電動機(jī)工作時兩端的電壓為U，通過電動機(jī)的電流為I，請推導(dǎo)此電動機(jī)的效率η=（U?IR）/U。（2）某微型吸塵器的直流電動機(jī)內(nèi)阻一定，把它接入電壓為U1=0.2V的電路時，電動機(jī)不轉(zhuǎn)，測得此時流過電動機(jī)的電流是I1=0.4A，若把電動機(jī)接入電壓為U2=2V的電路中，電動機(jī)正常工作，工作電流是I2=1A．如在正常工作時，轉(zhuǎn)子突然被卡住，此時電動機(jī)的發(fā)熱功率多大？3.如圖所示是通過直流電動機(jī)提升重物的示意圖。已知電動機(jī)的線圈電阻為1.5Ω，電動機(jī)正常工作時，通過線圈的電流為2A；重物質(zhì)量為540g，以10m/s勻速上升。不計(jì)繩重和一切摩擦，g取10N/kg，試求在重物上升20s的過程中：（1）電流通過線圈產(chǎn)生的熱量；（2）電動機(jī)的工作效率；（3）電壓表的示數(shù)。4.為探究某電冰箱的工作原理，小金設(shè)計(jì)了一個模型，如圖所示是它的電路圖，電源電壓為36V，閉合開關(guān)后，測得燈泡L的電阻為20歐姆，電路的總電流為3.8A，電動機(jī)M線圈的電阻為3歐姆。計(jì)算（1）通過燈泡的電流；（2）電動機(jī)M線圈的發(fā)熱功率；（3）電動機(jī)M輸出的機(jī)械功率；5.小金同學(xué)想測量玩具汽車中某電動機(jī)的額定功率，發(fā)現(xiàn)身邊只有幾節(jié)電池、電流表和一個標(biāo)有“5Ω3A”字樣滑動變阻器，查閱說明書知道所用電動機(jī)的額定電壓為“2.2伏”、“2.5伏”和“3.8伏”中的一個，估計(jì)電動機(jī)的額定功率在1.2瓦以內(nèi)。該同學(xué)正確連接如下圖電路，閉合開關(guān)后，移動滑動變阻器的滑片，發(fā)現(xiàn)滑片在中點(diǎn)附近某位置時，電動機(jī)正常工作。此時電流表的示數(shù)如圖所示。求：（1）電動機(jī)正常工作時的電流，并簡要說明理由；（2）電動機(jī)的額定電壓，并簡要說明理由；（3）電動機(jī)的額定功率；6.今年的元宵燈會上，吳山廣場的工作人員用兩根長均為220m的銅導(dǎo)線將一組“220V550W”的大彩燈接在照明電路上。晚上七點(diǎn)亮燈時，工作人員發(fā)現(xiàn)該燈光較暗，于是他用儀表測得該燈泡兩端的實(shí)際電壓為180V，已知該銅導(dǎo)線每米長的電阻約為0.01Ω．問：（不考慮燈絲電阻隨溫度的變化，計(jì)算結(jié)果取整數(shù)）（1）燈泡的實(shí)際功率是多少？（2）連接燈泡的銅導(dǎo)線上損失的電功率是多少？（3）細(xì)心的工作人員發(fā)現(xiàn)該銅導(dǎo)線損失的電功率，遠(yuǎn)大于通過標(biāo)定長度電阻計(jì)算后的功率損失，可能的原因是什么？7.如圖是小金研究電動機(jī)轉(zhuǎn)動是否對電路中電流有影響的電路圖.閉合開關(guān)，電動機(jī)正常轉(zhuǎn)動，此時電流表示數(shù)為I1；接著小金用手抓住轉(zhuǎn)軸讓電動機(jī)停止轉(zhuǎn)動，此時電流表示數(shù)為I2.（已知電源電壓保持不變）（1）電機(jī)常動械效為 題中號示）（2）小金抓住電動機(jī)轉(zhuǎn)軸合上開關(guān)時電路消耗的功率 （選填“大于”“等于”和“于”）電機(jī)常動耗的率請據(jù)過知識以釋明.8.興趣小組的同學(xué)制作了一個登山纜車的模型,模型由兩個相同的車廂、兩個定軸輪子、牽引索及其他一些附件組成，部分結(jié)構(gòu)如圖所示。他們進(jìn)行了一次纜車運(yùn)行，車廂A從甲處運(yùn)載著13個鉤碼上行到乙處，車廂B從乙處運(yùn)載著5個鉤碼下行到甲處,甲處與乙處間的高度差是1米、水平距離是3米，每個鉤碼質(zhì)量是50克。拖動牽引索的電動機(jī)的額定功率為6瓦，電動機(jī)的額定電壓為15伏。纜車模型的這次運(yùn)輸所用的時間是5秒，電動機(jī)的輸出功率為額定功率的60%，g取10牛/千克。請計(jì)算(1)電動機(jī)正常工作時的電流。(2)纜車模型在這一次運(yùn)行過程中做的總功。(3)纜車模型在這一次運(yùn)行過程中做的有用功。(4)纜車模型的機(jī)械效率。9.電動機(jī)工作時將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，但因?yàn)榫€圈有電阻也會有電能轉(zhuǎn)化為電熱。如圖所示，將線圈電阻為r的電動機(jī)接到電源電壓U上時，流過電動機(jī)線圈的電流為I。（1）推導(dǎo)：電動機(jī)的效率（機(jī)械能占消耗電能的百分比）η＝×100%。（2）若電動機(jī)的額定電流I=1A，電動機(jī)線圈電阻r=0.5Ω，工作t=1min時間內(nèi)對外輸出的機(jī)械能為W=150J．試求：1min時間內(nèi)消耗的電能。10.空氣凈化器（圖Ⅰ）是一種能