高二物理题-含电动机电路分析.doc

1．一台小型电动机在3 V电压下工作，用此电动机提升所受重力为4 N的物体时，通过它的电流是0.2 A。在30 s内可使该物体被匀速提升3 m。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30 s内，电动机线圈所产生的热量；
(3)线圈的电阻。
解析：(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＝＝Ω＝5 Ω.
2、如图所示，已知电源电动势E=20V，内阻r=lΩ，当接入固定电阻R=4Ω时，电路中标有“3V,
6W”的灯泡L和内阻RD=0.5Ω的小型直流电动机D都恰能正常工作.试求：
(1)电路中的电流大小；
(2)电动机的额定电压；
(3)电动机的输出功率．
19（12分）⑴灯泡L正常发光，电路中的电流为
⑵由闭合电路欧姆定律可求得，电动机的额定电压为
UD=E－I(r+R)－UL=20－2×（1＋4）－3＝7V
⑶电动机的总功率为P总＝IUD＝2×7＝14W 电动机的热功率为P热＝I2RD＝22×0.5＝2W
所以电动机的输出功率为P出＝P总－P热＝14－2＝12W
3．如图所示，A为电解槽，M为电动机，N为电炉子，恒定电压U＝12 V，电解槽内阻rA＝2 Ω，当S1闭合、S2、S3断开时，电流表A示数为6 A；当S2闭合、S1、S3断开时，A示数为5 A，且电动机输出功率为35 W；当S3闭合、S1、S2断开时，A示数为4 A．求：
(1)电炉子的电阻及发热功率各多大？
(2)电动机的内阻是多少？
(3)在电解槽工作时，电能转化为化学能的功率为多少？
【解析】　(1)电炉子为纯电阻元件，由欧姆定律I＝得R＝＝2 Ω，其发热功率为PR＝UI1＝12×6 W＝72 W.
(2)电动机为非纯电阻元件，由能量守恒定律得UI2＝IrM＋P输出，所以rM＝＝Ω＝1 Ω.
(3)电解槽工作时，由能量守恒定律得：P化＝UI3－IrA所以P化＝(12×4－42×2) W＝16 W.
【答案】　(1)2 Ω　72 W　(2)1 Ω　(3)16 W
4．利用电动机通过如图所示的电路提升重物， 已知电源电动势E＝6 V，电源内阻r＝1 Ω，电阻R＝3 Ω，重物质量m＝0.10 kg，当将重物固定时，电压表的示数为5 V，当重物不固定，且电动机最后以稳定的速度匀速提升重物时，电压表的示数为5.5 V，求重物匀速上升时的速度大小(不计摩擦，g取10 m/s2)．
解析：设电动机内阻为r′当将重物固定时I＝＝1 A
R＋r′＝＝5 Ω，r′＝2 Ω当重物不固定时I′＝＝0.5 A
P出＝UI′＝2.75 W，PR＋Pr′＝I′2(R＋r′)＝1.25 W
所以重物的功率P＝P出－PR－Pr′＝mgv，解得v＝1.5 m/s答案：1.5 m/s
5．(10分)在图2－28所示电路中，电源电动势E＝6 V，内阻r＝1 Ω.D为直流电动机，其电枢线圈电阻R＝2 Ω，限流电阻R′＝3 Ω.当电动机正常工作时，电压表示数为0.3 V．求：

(1)通过电动机的电流是多大？
(2)电动机输入的电功率、转变为热量的功率和输出机械功率各是多少？
解析：(1)通过电动机的电流I与流过限流电阻R′的电流相同，由I＝得：I＝ A＝ 0.1 A.
(2)由E＝Ir＋U＋UD可得电动机两端电压UD＝E－Ir－U＝6 V－0.1×1 V－0.3 V＝5.6 V
所以电动机输入的电功率P入＝UDI＝0.56 W.电动机的发热功率P热＝I2R＝0.02 W.
电动机的输出功率P出＝P入－P热＝0.54 W.答案：(1)0.1 A　(2)0.56 W　0.02 W　0.54 W
6．如图所示电路，电炉电阻R1＝19 Ω，电动机电阻R2＝0.5 Ω，电源内阻r＝1 Ω.当开关S断开时，电炉消耗的电功率为475 W，S接通、电动机正常运转后，电炉消耗的电功率为304 W．求电动机转化为机械能的功率．

解析：S断开时外电路为纯电阻电路，电路中电流I＝＝ A＝5 A，由此可解得电源电动势E＝I(R1＋r)＝5×(19＋1) V＝100 V.S接通后外电路有两个支路，除纯电阻负载R1支路外，另一支路负载为电动机，R1支路中的电流I1＝＝A＝4 A.路端电压U＝I1R1＝4×19 V＝76 V.由I＝＝ A＝24 A可知，电动机支路的电流I2＝(24－4) A＝20 A.电动机输入的电功率P2＝I2U＝20×76 W＝1 520 W；电动机中的热功率P耗＝IR2＝202×0.5 W＝200 W；因此电动机转化为机械能的功率P机＝I2U－IR2＝1 320 W.答案：1 320 W
7. 如右图所示，电源的电动势是 6 V，内电阻是 0.5 Ω，小电动机M的线圈电阻为0.5 Ω，限流电阻R0为3 Ω，若电压表的示数为3 V，试求：
(1)电源的功率和电源的输出功率；
(2)电动机消耗的功率和电动机输出的机械功率．
【解析】　(1)由题意和部分电路欧姆定律可知I＝＝ A＝1 A.
电源的功率 P电＝EI＝6×1 W＝6 W电源的输出功率P出＝P电－I2r＝6 W－0.5 W＝5.5 W.
(2)电动机消耗的功率PM＝IUM＝I(E－Ir－UR0)＝2.5 W
电动机输出的机械功率P机＝PM－I2r＝2.5 W－0.5 W＝2 W.
【答案】　(1)6 W　5.5 W　(2)2.5 W　2 W
8．如下图所示，电源电动势为12 V，内电阻为r＝1 Ω，R1＝1 Ω，R2＝6 Ω，电动机线圈电阻为0.5 Ω，若开关闭合后通过电源的电流为3 A，则R1上消耗的电功率为多少？电动机消耗的电功率为多少？

解析：　R1上消耗的功率P1＝I2R1＝9×1 W＝9 W电动机两端的电压U＝E－I(R1＋r)＝12 V－3×(1＋1) V＝6 V通过R2的电流为I1＝＝ A＝1 A通过电动机的电流为I2＝I－I1＝2 A故电动机消耗的电功率为P2＝I2U＝2×6 W＝12 W.答案：　9 W　12 W
9．规格为“220 V,36 W”的排气扇，线圈电阻为40 Ω，求：
(1)接上220 V的电压后，排气扇转化为机械能的功率和发热的功率；
(2)如果接上电源后，扇叶被卡住，不能转动，求电动机消耗的功率和发热的功率．
12．解析：　(1)排气扇在220 V的电压下正常工作时的电流为I＝＝ A≈0.16 A ，
发热功率为P热＝I2R＝(0.16)2×40 W≈1 W.转化为机械能的功率为P机＝P－P热＝36 W－1 W＝35 W.
(2)扇叶被卡住不能转动后，电动机成为纯电阻用电器，电流做功全部转化为热能，此时电动机中电流为I′＝＝ A＝5.5 A，电动机消耗的功率即电功率等于发热功率．P′电＝P′热＝UI′＝220×5.5 W＝1 210 W.答案：　(1)35 W　1 W　(2)1 210 W　1 210 W
10．如图所示，已知电源电动势E＝20 V，内阻r＝1 Ω，当接入固定电阻R＝4 Ω时，电路中标有“3 V,6 W”的灯泡L和内阻RD＝0.5 Ω的小型直流电动机D都恰能正常工作．试求：
(1)电路中的电流大小；
(2)电动机的额定电压；
(3)电动机的输出功率．
解析：(1)灯泡L正常发光，电路中的电流为I＝PL/UL＝ A＝2 A.
(2)由闭合电路欧姆定律可求得，电动机的额定电压为
UD＝E－I(r＋R)－UL＝20 V－2×(1＋4) V－3 V＝7 V.
(3)电动机的总功率为P总＝IUD＝2×7 W＝14 W
电动机的热功率为P热＝I2RD＝22×0.5 W＝2 W
所以电动机的输出功率为P出＝P总－P热＝14 W－2 W＝12 W.
答案：(1)2 A　(2)7 V　(3)12 W
11．如图所示，电源电动势为E＝30 V，内阻为r＝1 Ω，电灯上标有“6 V，12 W”字样，直流电动机线圈电阻R＝2 Ω.若电灯恰能正常发光，求电动机输出的机械功率．
解析：由电灯恰能正常发光知：I＝＝ A＝2 A.
则电动机两端电压U＝E－Ir－U灯＝22 V.所以电动机的输出功率P＝UI－I2R＝36 W.答案：36 W
12．如图所示，电源的电动势E＝110 V，电阻R1＝21 Ω，电动机的电阻R0＝0.5 Ω，开关S1始终闭合。当开关S2断开时，电阻R1的电功率是525 W；当开关S2闭合时，电阻R1的电功率是336 W，求：

(1)电源的内电阻；
(2)当开关S2闭合时流过电源的电流和电动机的输出功率。
9．答案：(1)1 Ω　(2)26 A　1 606 W
解析：(1)电键S1闭合，R1的电功率525 W＝，U1＝105 V。＝，
则r＝＝ Ω＝1 Ω。
(2)电键S2闭合时，336 W＝，U1′＝84 V。流过电源电流I＝＝ A＝26 A。
通过电动机的电流IM＝I－IR1＝(26－)A＝22 A电动机的输入功率P入＝U1′IM＝84×22 W＝1 848 W
电动机的输出功率P出＝P入－IR0＝1 848 W－222×0.5 W＝1 606 W。
14．(16分)某一直流电动机提升重物的装置如图7所示，重物的质量 m＝50 kg，电源提供的电压U＝110 V，不计一切摩擦．当电动机以v＝0.9 m/s的恒定速度向上提升重物时，电路中的电流I＝5.0 A，
(1)由此可知电动机线圈的电阻R是多少？
(2)用此电动机提升质量为m′＝20 kg的重物，电动机的输入功率不变，提升速度是多少？(g 取10 m/s2)
解析　(1)由题意可知，电动机输入的电能一部分转化为线圈的内能，一部分对外输出转化为被提升重物的机械能，由能量的转化和守恒定律可得：UI＝I2R＋mgv解得：R＝－＝ Ω＝4.0 Ω.
(2)由UI＝I2R＋m′gv′得v′＝＝ m/s＝2.25 m/s.
答案　(1)4.0 Ω　(2)2.25 m/s