2015中考物理电动机的效率的计算
电动机的效率计算题(带答案)
一、分析
1.能量转化问题:
通电不转动的时候:电能转化成热能(纯电阻电路)W=Q
可以根据已知通过的电流和两端电压求出线圈的电阻:R=U0/I0
通电转动的时候:电能转化为机械能和热能(非纯电阻电路) 电动机消耗的总功率:P=UI 消耗的热功率:P热=I2R 机械功率:P= UI—I2R
电动机不转动时通过的电流【启动电流】大于 转动时的电流【工作电流】
2.例题分析
例: 一直流电动机线圈内阻一定,用手握住转轴使其不能转动,在线圈两端加电压为0.3V,电流为0.3A;松开转轴,在线圈两端加电压为2V时,电流为0.8A,电动机正常工作。求:该电动机正常工作时,输入的电功率是多少?电动机的机械功率是多少?电动机的效率是多少?
分析:电动机不转动时,其消耗的电功全部转化为内能,故可视为纯电阻电路,
U0.3Ω=1Ω,电动机转动时,消耗的电由欧姆定律得电动机线圈内阻:R==I0.3
能转化为内能和机械能,其输入的电功率为P入= Ul ·I1=2V ×0.8A =1.6W,
电动机的机械功率P机=P入一I12·R=1.6W一(0.8A)2×1Ω=0.96W
η=P机/P入=0.96W /1.6W=60%
二、巩固练习
1、小明认为:电风扇工作时,电能转化为叶片转动的机械能和线圈发热、摩擦等产生的内能。其中转化为机械能所做的功是 ,转化为内能所做的功是 (填“有用功”或“额外功”)。为了粗略探测电风扇正常工作的电能转化效率,小明用一个铭牌上标有额定电压为U,但其他字迹不清的小型直流电风扇来进行实验,实验设计如下:
(1)按右图所示连接好电路,闭合开关,叶片转动,移动变阻器滑片至某一位置时,叶片刚好不转动,测出此时电压表和电流表的示数分别为U0、I0,则线圈导体的电阻为 ;
(2)向 (填“左”或“右”)移动变阻器滑片,使电压
表示数为额定电压U,读出此时电流表的示数为I;
(3)若忽略摩擦,只考虑线圈发热损耗,则电风扇正常工作时电
能
转化效率的表达式η= (用测出的已知量表示)。
2、小华准备参加玩具赛车比赛,他运用如图所示的电路来挑选一只能量转换效率较高的电动机.设电池的电压恒定不变,他先用手捏住电动机的转轴,使其不转动,闭合开关后读出电流表的读数2A;然后放手,当电动机正常转动时,又读出电流表的读数为0.6A,则该玩具电动机正常
转动时将电能转化为机械能的效率为( ) A.91% B.70% C.30% D.9%
3、某一直流电动机提升重物的装置,如图所示,重物的质量m=50kg,电源提供给电动机的电压为U=110V,不计各种摩擦,当电动机以v=0.9m/s的恒定速率向上提升重物时,电路中的电流强度I=5.0A,则电动机的线圈电阻R=?,电动机提升重物的效率η= ?(取g=10N/kg)
4、 某工地用电动起重机吊起重物,重物的质量
m=400kg,电源提供的电压U=220V,不计一切摩擦。
当电动起重机以v=0.lm/s的恒定速度向上提升重物
时,电路中的电流I=2A (g取l0N/kg)
(1)电动机线圈的电阻R是多少?
(2)电动机匀速提升质量m= 200kg的重物,电动机的输入功率不变,提升速度是多少?
5、如图所示,直流电动机通过电流做功提升重物,但在电
能转化成机械能的过程中,有部分电能变成内能。已知线
圈电阻
1.5Ω,电动机正常工作时,通过线圈电流2A,物
体质量540g,以1Om/s匀速上升,不计绳的重力和一切摩
擦。物体上升20s的过程中。求:(l)电压表读数;(2)电
流通过线圈产生的热量;(3)提升物体的有用功;(4)电动机工作效率。
6、电动自行车已是我们生活中必不可少的交通工具。电动骑行时,蓄电池给车上的电动机供电,为车提供动力。下表是某种型
号电动自行车主要的技术参数。问:
(1)该电动自行车以额定功率行驶时的工作电流是多大? (2)行驶过程中每个轮胎与地面的接触面积为0.005m2,某中学生骑着该电动自行车在平直的公路上行驶,试计算地面受到的压强是多大?(g取10N/kg,中学生体重取50 kg) (3)从环保的角度考虑,与摩托车相比,电动自行车有什么优点?(列举两条)
7、在场馆和楼房建设工地上,“塔吊”是常见的一种起重设备,如图所示是“塔吊”的示意图.假设某塔吊配置的电动机铭牌上标有:额定电压380V, 额定功率38kW,线圈电阻0.4Ω.在一次吊起重物
时,电动机正常工作20s,把重物吊起20m.求:
(1)该电动机在这次吊起重物的过程中消耗的电能.
(2)电动机工作过程中,线圈产生的热量.
(3)在该起重设备中,如果这次吊起重物的机械效
率为80%,则被吊重物的质量为多少t?
8、地铁可以缓解城市公交运输压力,某学校综合实践活动小组的同学们收集
(1
(2)公交汽车每千米消耗燃油0.3kg,行驶1.8 km路程所消耗的燃油完全
燃烧放出多少热量?公交汽车的效率是多少?
(3)根据题中获得的信息,从物理学角度谈一谈地铁作为交通工具的优点.(写出两条即可)
1、答案:有用功 额外功 (1)UI IU0U0 (2)左 (3)0 UI0I0
2答案:B 3、R= 4Ω η= 81.8%. 4、10欧 0.2米/秒
5、1电压表测的是电动机的电压,电动机不是纯电阻,欧姆定律不适用。 P热=I2R=(2A)2×1.5Ω=6W P机械=Fv=mgv=0.54kg×10N/kg×10m/s=54W
P总=P热+P机械=6W+54W=60W
电动机的电压U=P总/I=60W/2A=30V
(2)电流通过线圈产生的热量Q=I2Rt=(2A)2×1.5Ω×20s=120J
(3)提升物体的有用功W有用=mgh=mgvt=0.54kg×10N/kg×10m/s×20s=1080J
(4)提升物体的总功W总=P总t=60W×20s=1200J
电动机工作效率η=W有用/W总=1080J/1200J=90%