高二物理题含电动机电路分析

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＝F v＝(4×3/30) W＝0.4 W.

根据能量关系P入＝P机＋P Q，得生热的功率P Q＝P入－P机＝(0.6－0.4)W＝0.2 W.

所生热量Q＝P Q t＝0.2×30 J＝6 J.

(3)根据焦耳定律Q＝I2Rt，得线圈电阻R＝Q

I2t ＝6

0.22×30

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R D=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

6

2A

3

L

L

P

I

U

===

⑵由闭合电路欧姆定律可求得，电动机的额定电压为

U D=E－I(r+R)－U L=20－2×（1＋4）－3＝7V

⑶电动机的总功率为P总＝IU D＝2×7＝14W 电动机的热功率为P热＝I2R D＝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r A ＝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＝U

R

得R＝U

I1

＝2 Ω，其发热功率为P R＝

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

UI 2＝I 22r M ＋P 输出，所以

r M ＝UI 2－P 输出I 22＝12×5－3552Ω＝1 Ω. (3)电解槽工作时，由能量守恒定律得：P 化＝UI 3－I 23r A 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/s 2)．

解析：设电动机内阻为r ′当将重物固定时I ＝E －U r

＝1 A R ＋r ′＝U I ＝5 Ω，r ′＝2 Ω当重物不固定时I ′＝E －U r

＝0.5 A P 出＝UI ′＝2.75 W ，P R ＋P r ′＝I ′2(R ＋r ′)＝1.25 W

所以重物的功率P ＝P 出－P R －P r ′＝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 ＝U R ′得：I ＝0.33

A ＝ 0.1 A. (2)由E ＝Ir ＋U ＋U D 可得电动机两端电压U D ＝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＝U D I ＝0.56 W.电动机的发热功率P 热＝I 2R ＝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R 1＝19 Ω，电动机电阻R 2＝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 ＝P 1R 1＝47519

A ＝5 A ，由此可解得电源电动势E ＝I (R 1＋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R 1支路外，另一支路负载为电动机，R 1支路中的电流I 1＝P 1′R 1＝30419

A ＝4 A.路端电压U ＝I 1R 1＝4×19 V ＝76 V .由I ＝E －U r ＝100－761

A ＝24 A 可知，电动机支路的电流I 2＝(24－4) A ＝20 A.电动机输入的电功率P 2＝I 2U ＝20×76 W ＝1 520 W ；电动机中的热功率P 耗＝

I 22R 2＝202×

0.5 W ＝200 W ；因此电动机转化为机械能的功率P 机＝I 2U －I 22R 2＝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，