高中物理中的电动机问题

高中物理中的电动机问题河南省信阳高级中学陈庆威 2016.12.02

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I R U I 2='

<机I I I I 3<+='机动机电流 故 ，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R 0，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-I 2R

C ．电源的输出功率为IE-I 2r

D ．整个电路的热功率为I 2（R 0 +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

Ω=Ω==25

.01I U r 试题分析：电动机停止运转是，可得到电动机的电阻,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 W

r I UI P 222=-=出P=UI=30W ，输出功率为输入功率减去内耗功率，即：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Ω=Ω==5.04.02.0I U R 电阻当接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？

试题分析： （1）设电动机两端的电压为U 1，电阻R 两端的电压为U 2，则U 1=110V ，U 2=U-U 1=（160-110）V=50 V 通过电动机的电流为I ，则I== A=5A

（2）输入到电功机的电功率P 电，P 电=U 1I=110×5W=550 W

（3）在电动机中发热的功率P 热，P 热=I 2r=52×0.6W=15 W

（4）电动机工作1 h 所产生的热量Q ，

Q=I 2rt=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U L ，电动机启动后灯泡电压仍为路端电压，设为U L ′．

r

R E I +=由欧姆定律得 求得车灯的电阻R=1.2Ω，

灯泡消耗功率为P L =EI-I 2r=120W ；

（2）电动机启动后，路端电压U L ′=E-I ′r=9.6V ，灯泡消耗电功率

W W R U P L L 8.762.16.92=='='

为 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；