河南省信阳高级中学 陈庆威 2016.12.02
由word/media/image1.gif根据欧姆定律word/media/image2.gif可推导得到word/media/image3.gif和word/media/image4.gif,但欧姆定律公式word/media/image2.gif只适用于纯电阻电路,所以word/media/image3.gif和word/media/image4.gif只对纯电阻电路适用,即word/media/image1.gif适用于所有电路,word/media/image3.gif和word/media/image4.gif只适用于纯电阻电路。
如果电路中还包含有电动机、电解槽等用电器,这时电能除部分转化为热能外,还要转化为机械能、化学能等,这时电功只能用word/media/image1.gif计算,而不能用word/media/image3.gif,word/media/image4.gif计算了。 从能量转化的角度看,纯电阻电路是将电能全部转化为热能,即电功等于电热。例如:日常生活中的白炽灯、电炉子、电饭锅等纯电阻电路工作时W=Q。而非纯电阻电路是电流做功将电能主要转化为其他形式的能量,但还有一部分电能转化为了热能,此时电功大于电热。例如:在电动机转动、电铃、蓄电池(充电)等这些非纯电阻的电路中W>Q。特别是涉及非纯电阻电路的有关电功、电热、电功率和发热功率的计算,学生极容易混淆。
该类题目在中考中较为常见,高中的试题中也有出现,虽说在高考中不是重点,但这类题目高中的学生也很头痛。比如以下几题:
例题1:如图所示,电阻R=20Ω,电动机的绕组电阻R′=10Ω.当开关打开时,电流表的示数是I,电路消耗的电功率为P。当开关合上后,电动机转动起来。若保持电路两端的电压不变,电流表的示数I ′和电路消耗的电功率P ′应是( )
A.I ′=3I B.I′<3I
C.P′=3P D.P′<3P
试题分析:因闭合开关后保持电压不变,故R中的电流不变;由并联电路的规律可知,电流表中电流为电动机电流与R中电流之和;因电动机电流word/media/image6.gif 故word/media/image7.gif ,故B正确,A错误;由功率公式P=UI可知,R消耗的功率不变,而电动机消耗的功率小于2P,故总功率小于3P,故C错误,D正确;故选BD.点评:因电动机在工作时有电能转化为动能,不能用欧姆定律求解,但可以用P=UI及串并联电路的性质求解.
例题2:如图所示电路,电源电动势为E,内阻为r。当开关S闭合后,小型直流电动机M和指示灯L都恰能正常工作。已知指示灯L的电阻为R0,额定电流为I,电动机M的线圈电阻为R,则下列说法中正确的是
A.电动机的额定电压为IR
B.电动机的输出功率为IE-I2R
C.电源的输出功率为IE-I2r
D.整个电路的热功率为I2(R0 +R + r)
试题分析:指示灯正常工作,电流为额定电流I,灯与电动机串联,所以电动机电流也等于I。电动机为非纯电阻电路,电动机电压,根据闭合回路欧姆定律电动机电压选项A错。电动机的输出功率为总功率减去热功率选项B错。电源的输出功率选项C对。整个电路的热功率根据焦耳定律选项D对。
故选CD.
例题3:在研究微型电动机的性能时,可采用如图所示的实验电路。当调节滑动变阻器R,使电动机停止转动时,电流表和电压表的示数分别为0.5A和1.0V;重新调节R,使电动机恢复正常运转时,电流表和电压表的示数分别为2.0A和15.0V.则当这台电动机正常运转时( )
A.电动机的输出功率为30W
B.电动机的输出功率为22W
C.电动机的内阻为7.5
D.电动机的内阻为2
试题分析:电动机停止运转是,可得到电动机的电阻word/media/image16.gif,故,C、D中D正确。电动机消耗的功率即为电动机输入功率,为 P=UI=30W,输出功率为输入功率减去内耗功率,即:word/media/image17.gif故A错误,B正确.
故选BD.
例题4:电动机是一种使用广泛的动力机械,从能量转化的角度看.它主要是把电能转化为机械能,还有一部分能量在线圈中以热量的形式散失掉。现有一台电动机,当电动机两端加220V电压时,通过电动机线圈的电流为50A。问:
(1)每分钟该电动机消耗的电能是多少?
(2)已知电流通过导体时产生的热量Q= I2 R t(其中I、R和t分别表示通过导体的电流、导体的电阻和通电时间),若该电动机线圈的电阻是0.4Ω,则线圈每分钟产生的热量是多少?
(3)这台电动机每分钟所做的机械功是多少?
试题分析:
(1)消耗的电能W总=UIt=220V×50A×60s=6.6×105J
(2)产生的热量Q热= I2 R t=(50A)2×0.4Ω×60s=6×104J
(3)所做的机械功W机=W总-Q热=6.6×105J-6×104J=6×105J。
例题5:有一个直流电动机,把它接入0.2 V电压的电路时,电动机不转,测得流过电动机的电流是0.4 A;若把电动机接入2.0 V电压的电路中,电动机正常工作,工作电流是1.0 A.求电动机正常工作时的输出功率多大?如果在电动机正常工作时,转子突然被卡住,电动机的发热功率是多大?
试题分析:电动机转子不转时,消耗的电能全部转化为内能,为纯电阻元件,这时欧姆定律成立,电功率和热功率相等。当电动机转动时,电动机消耗的电功率P=P热+P机,P机即为电动机的输出功率.接U=0.2 V电压,电动机不转,电流I=0.4 A.根据欧姆定律,线圈电阻word/media/image18.gif
当接U'=2.0 V电压时,电流I'=1.0 A.故: 电功率P电=U'I'=2.0×1.0 W=2.0 W热功率P热=I'22R=1.02×0.5 W=0.5 W故输出功率:P机=P电-P热=(20-0.5)W=1.5 W如果电动机正常工作时,转子被卡住,则电能全部转化成内能,故其发热功率:
例题6:如图所示,有一提升重物用的直流电动机,内阻r=0.6 Ω, R=10Ω,U=160 V,电压表的读数为110 V,求:(1)通过电动机的电流是多少?(2)输入到电动机的电功率是多少?(3)在电动机中发热的功率是多少?(4)电动机工作1 h所产生的热量是多少?word/media/image20.gif
试题分析:
(1)设电动机两端的电压为U1,电阻R两端的电压为U2,则U1=110V,U2=U-U1=(160-110)V=50 V通过电动机的电流为I,则I=word/media/image21.gif=word/media/image22.gif A=5A(2)输入到电功机的电功率P电,P电=U1I=110×5W=550 W(3)在电动机中发热的功率P热,P热=I2r=52×0.6W=15 W(4)电动机工作1 h所产生的热量Q,
Q=I2rt=52×0.6×3600J=54000 J
例题7:汽车电动机启动时车灯会瞬时变暗,其原因可用图示电路解释.在打开车灯的情况下,电动机未启动时电流表读数为10A,电动机启动时电流表读数为58A,若电源电动势为12.5V,内阻为0.05Ω,电流表内阻不计,则:(1)电动机启动时车灯的电功率为多少?(2)因电动机启动,车灯的电功率降低了多少?
试题分析:
(1)电动机不启动时,灯泡的电压为电源路端电压,设为UL,电动机启动后灯泡电压仍为路端电压,设为UL′.由欧姆定律得 word/media/image24.gif
求得车灯的电阻R=1.2Ω,灯泡消耗功率为PL=EI-I2r=120W;(2)电动机启动后,路端电压UL′=E-I′r=9.6V,灯泡消耗电功率为word/media/image25.gif
W=76.8W.所以灯泡功率降低了△P=120W-76.8W=43.2W;
例题8:一台小型电动机在3V电压下工作,用此电动机提升所受重力为4N的物体时,通过它的电流是0.2A。在30s内可使该物体被匀速提升3m。若不计除电动机线圈生热之外的能量损失,求: (1)电动机的输入功率;(2)在提升重物的30s内,电动机线圈所产生的热量;(3)线圈的电阻。
试题分析:
(1)电动机的输入功率P入=UI=0.2×3 W=0.6 W(2)电动机提升重物的机械功率P机=Fv=(4×3/30) W=0.4 W根据能量关系P入=P机+PQ,得生热的功率 PQ=P入-P机=(0.6-0.4)W=0.2 W所生热量Q=PQt=0.2×30 J=6 J(3)根据焦耳定律Q=I2Rt,得线圈电阻R=word/media/image26.gif=word/media/image27.gifΩ=5 Ω
本文来源:https://www.2haoxitong.net/k/doc/1686c8bc0129bd64783e0912a216147917117e23.html
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