第15講：《電動機》

1、第15講電動機知識講解丿、電動機1. 電動機定義：主要將電能轉(zhuǎn)化為機械能裝置。2. 電動機的主要結(jié)構(gòu)：轉(zhuǎn)子（線圈銅導線制成，有一定的電阻）、定子（一般為永磁體）、換向器。3. 電動機工作原理：通電線圈在磁場受力轉(zhuǎn)動。4. 電動機內(nèi)阻：線圈的電阻。5. 電動機中能量轉(zhuǎn)化示意圖電麗（%）申.功桿-干轉(zhuǎn)胡昭機琉尹再專.% Q 電動機將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和機械能；將電能轉(zhuǎn)化內(nèi)能功率稱為電動機的熱功率，將電能轉(zhuǎn)化為 機械能功率稱為機械功率或輸出功率，電動機消耗能電能的功率稱為電動機的電功率或消耗功率。 能量轉(zhuǎn)化原理：線圈存在一定的電阻，電流流過線圈的時候由于電流的熱效應就會產(chǎn)生熱量； 通電導體在磁場中受到力

2、的作用，線圈轉(zhuǎn)動就將電能轉(zhuǎn)化成機械能。P熱| 2 R ；根據(jù)能量守 電動機功率的計算：P UI （正常工作時唯一計算公式）熱功率計算:恒可以得出機械功率計算：P機P P熱。W機電動機的效率：100%W電電池容量1. 電池容量：電池容量是衡量電池性能的重要性能指標之一，它表示在一定條件下電池放出的電量,即電池的容量，通常以安培 小時為單位（簡稱：安時，以A H表示）。2. 常用單位：毫安時；單位換算：1A H=1000mAH。3. 1A-H表示的意義：在額定電壓下，放電電流為 1A的時候，該電源可持續(xù)放電一個小時。4. 電池儲存電量的計算： W UIt （ U ：表示電源電壓， I ：表示放電電

3、流， t ：表示放電時間）課堂精講題型一：【例1】電動機的基礎(chǔ)計算小瑩組裝了一臺直流電動機模型，她將電動機模型接入如圖甲所示的電路中，已知電源電壓U=3V并保持不變，線圈電阻 R=1.5Q，接通電路后，電動機正常轉(zhuǎn)動，電流表讀數(shù)l=0.8A，摩擦不計，求(1)(2)(3)請畫出電動機正常工作時的能量轉(zhuǎn)化圖電動機正常轉(zhuǎn)動1min消耗的電能W和線圈產(chǎn)生的熱量Q; 電動機輸出的機械功率 P ;電動機能量利用率n.(1)略(2) 144J, 57.6J ,( 3) 1.44W (4) 60%【變式訓練】【答案】|1. 電動機是一種使用廣泛的動力機械，從能量轉(zhuǎn)化的角度看，它主要是把電能轉(zhuǎn)化為機械能，還有

4、一部分在線圈中以熱量的形式散失掉.現(xiàn)有一臺電動機，當電動機兩端加220V電壓時，通過電動機線圈的電流為50A .問：(1) 每分鐘該電動機消耗的電能是多少？(2) 已知電流通過導體產(chǎn)生的熱量Q=I2R t (其中I、R和t分別表示通過導體的電流、導體的電阻和通電時間)，若該電動機線圈的電阻是0.4 Q,則線圈每分鐘產(chǎn)生多少熱量？(3) 這臺電動機每分鐘所做的機械功是多少？(4) 這臺電動機的機械效率是多少？【答案】(1) 6.6 105J.( 2) 6.0 104J.( 3) 6.0 X05J.( 4) 90.9%2. 如圖，電動機M的線圈電阻為0.5歐，當S斷開時，電流表讀數(shù)1安當S 閉合時

5、，電流表讀數(shù)3安問：(1) 電阻R為多大？(2) 電動機的機械功率為多大？(3) 電動機工作2分鐘，電動機線圈產(chǎn)生了多少熱量？【答案】(1) 10Q.( 2) 18W( 3) 240J3. 加在某電動機上的電壓是 U，電動機消耗的電功率為 P，電動機線圈的電阻為 r，則電動機線圈上消 耗的電熱功率？P2r【答案】P熱題型二：電動機非常正常工作與正常工作的混合計算【例2】某同學根據(jù)如圖所示電路進行實驗，先用夾子夾住電動機轉(zhuǎn)軸使其不能轉(zhuǎn)動，閉合開關(guān)S,移動滑動變阻器滑片，記下電壓表讀數(shù)和電流表讀數(shù)；后松開夾子，使電動機轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，移動滑動變阻器 滑片，記下電壓表讀數(shù)和電流表讀數(shù).數(shù)據(jù)記錄如表：/U

6、(V)I (A)W (J)Q (J)不轉(zhuǎn)動0.20.2W1Q1轉(zhuǎn)動3.01.2W2Q2利用如表數(shù)據(jù)計算和分析：(1) 電動機不轉(zhuǎn)動時，通電 10S,電動機所做的電功 Wi和所產(chǎn)生的熱量 Qi.(2) 電動機轉(zhuǎn)動時，通電10S,電動機所做的電功 W2和所產(chǎn)生的熱量 Q2.【答案】(1)電動機所做的電功為 0.4J，所產(chǎn)生的熱量 Qi是0.4J; ( 2)電動機轉(zhuǎn)動時，通電10s,電動 機所做的電功率 W2是36J,所產(chǎn)生的熱量 Q2是14.4J;( 3) W1=Q1, W2 Q2,電動機未轉(zhuǎn)動時， 電流經(jīng)線圈時電能全部轉(zhuǎn)化為熱能，因此W1=Q1;電動機轉(zhuǎn)動時，電流流經(jīng)線圈時電能一部分轉(zhuǎn)化為機械能

7、，另一部分轉(zhuǎn)化為熱能，因此W2 Q2.【變式訓練】1.小金想挑選一個能量轉(zhuǎn)換效率高的小電動機，裝載到模型上參加校科技節(jié)電動船競速比賽于是自己 動手探究，步驟如下：步：將小電動機和電流表串聯(lián)接入電路(如右圖)； 步：用尖嘴鉗卡住小電動機的轉(zhuǎn)軸，使其不轉(zhuǎn)動； 步，將尖嘴鉗拿走，使小電動機正常轉(zhuǎn)動； 步：分別將上述兩種情況的有關(guān)數(shù)據(jù)記錄在表格中.(1)(2)【答案】電動機兩端的電壓(伏特)電動機工作狀態(tài)通過電動機的電流(安培)3.0不轉(zhuǎn)動2.03.0正常轉(zhuǎn)動0.2請利用所學的知識回答下列問題(列式計算)：1分鐘內(nèi)電流通過電動機正常轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的熱量是多少？ 這個小電動機正常工作時電能轉(zhuǎn)化為機械能的效率

8、是多少?(1) 1分鐘內(nèi)電流通過電動機正常轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的熱量是 能轉(zhuǎn)化為機械能的效率是90% .3.6J ；( 2)這個小電動機正常工作時電2.如圖為某些型號玩具電動機的工作電路圖，電動機名牌上標有“ 閉合的瞬間，電動機尚未轉(zhuǎn)動，此時通過電動機的電流稱為啟動電 為了保護電動機，啟動電流不得超過 2A，求：啟動時，變阻箱 R的阻值至少多大？當電動機啟動后，再次調(diào)節(jié)變阻箱 R,使電動機進入正常工作 此時R消耗的電功率為多大？6V 6W，線圈電阻2 Q”字樣，當開關(guān) 流，(1)(2)狀態(tài),【答案】12V(1)啟動時，變阻箱 R的阻值至少 4Q;( 2)此時R消耗的電功率為 6W.流表示數(shù)為1A，求：(

9、1) 電動機正常工作時輸出功率為多大？(2) 電動機突然卡住后的熱功率為多大？【答案】(1)2.5W( 2)18W4. 一臺直流電動機線圈電阻 r= 1 Q,與一阻值R = 10 Q的電阻串聯(lián)，當所加電壓U = 150V，電動機正常工作時電壓表示數(shù)100V，求(1) 電動機正常工作時電阻 R的電壓和電流；(2) 電動機正常工作時電動機消耗的電功率及輸出的機械功率.(3) 當電動機轉(zhuǎn)子突然被卡住，此時電動機的發(fā)熱功率.【答案】(1)通過電動機的電流為5A ; ( 2)輸入到電動機的功率475W .( 3)被卡住，電動機的熱功率為185WR (r u(EHP入是500W ;電動機輸出的機械功率題型

10、三：電動機的應用【例3】某工地用電動起重機吊起重物，重物的質(zhì)量m=400kg，電源提供的電壓 U=220V，不計一切摩擦。當電動起重機以v=O.lm/s的恒定速度向上提升重物時，電路中的電流I=2A (g 取 ION/kg)(1) 電動機線圈的電阻 R是多少？(2) 動機勻速提升質(zhì)量 m = 200kg的重物，電動機的輸入功率不變 提升速度是多少？【答案】(1)電動機線圈的電阻 R是10Q;( 2)電動機勻速提升質(zhì)量m =200kg的重物，電動機的輸入功率不變，提升速度是0.2m/s .【例4】小夢每天騎電動自行車去上學，該車使用“48V , 20A h”的蓄電池，電機額定功率為480W，整車

11、質(zhì)量為80kg。(1) 小夢的質(zhì)量是60kg，車輪接觸地面的總面積 0.01m2,那么小夢騎著電動自行車行駛在水平公 路時，整車對地面的壓強是多大？(g= 10N/kg )(2) 若電動機機械功率為 75%，則電動機內(nèi)阻為多少(3) 在電動機額定功率下蓄電池的放電時間(提示：20A h指電池容量，可以理解為：若輸出電 流20A，可以持續(xù)放電1h)。(4) 在額定功率下，電動車在水平公路上的行駛速度為18km/h，求電動車受到的阻力【答案】(1)整車對地面的壓強是 1.4 105Pa；( 2)電機內(nèi)阻1.2Q;( 3)在額定功率下蓄電池的放電時 間2h ;( 4)電動車受到的阻力為 72N【變式

12、訓練】1.如圖所示，直流電動機通過電流做功提升重物，但在電能轉(zhuǎn)化成機械能的過程中，有部分電能變成內(nèi)能已知線圈電阻1.5 Q,電動機正常工作時，通過線圈電流 不計繩的重力和一切摩擦.物體上升20s的過程中.求：(1) 電流通過線圈產(chǎn)生的熱量；(2) 提升物體的有用功；2A，物體質(zhì)量540g，以10m/s勻速上升,(3) 電壓表讀數(shù)；(4) 電動機工作效率.【答案】(1)電流通過線圈產(chǎn)生的熱量為120J;( 2)提升物體的有用功為1080J ；( 3)電壓表讀數(shù)為30V;(4)電動機工作效率為90% .2. 橋式起重機是利用電動卷揚機和滑輪組工作。已知電動卷揚機工作電壓為380V，某提升物體時通過

13、的電流為5A，動滑輪重 500N，被提升的物體M重為2500N，卷揚機拉著物體M以0.5m/s的速度勻速上升15m 不計鋼絲繩的重、繩與滑輪的摩擦，求：(1) 此滑輪組提升重物的機械效率是多少？(2) 提升過程中電動卷揚機線圈產(chǎn)生了多少熱量？(3) 該電動卷揚機線圈的電阻是多大？【答案】(1)此滑輪組提升重物的機械效率為83.3% ;(2) 提升過程中電動卷揚機線圈產(chǎn)生了1.2 X104J熱量；(3) 該電動卷揚機線圈的電阻是16QO3.用如圖甲所示的滑輪組提升物體M,已知被提升的物體 M重為720N,卷揚機加在繩子自由端的拉力F將物體M以0.5m/s的速度勻速提升到10m的高度，拉力做的功

14、W隨時間t的變化圖象如圖乙所 示，不計鋼絲繩的重、摩擦力大小。求：(1) 在這個過程中卷揚機做的有用功是多少？(2) 滑輪組提升重物的機械效率是多少？(3) 拉力F和動滑輪的重各是多少？【答案】(1)滑輪組提升重物所做的有用功是7200J;甲乙(2)滑輪組提升重物的機械效率是90% ;(3)拉力F為400N ;動滑輪的重力是 80N4.如圖所示，兩輪自平衡電動車作為一種新興的交通工具，倍受年輕人的喜愛，下表是某型號兩輪自平衡電動車的主要技術(shù)參數(shù)，求：(1) 該電動車在額定功率下行駛時的電流；(2) 鋰電池能量利用效率為80%，鋰電池充足一次電后，電 動車在額定功率下行駛的最長時間為多少小時；(

15、3) 鋰電池充足一次電所消耗的電能，若用熱值為7.2 107J/kg 的某新型燃料提供，至少所需的燃料質(zhì)量?！敬鸢浮?1)該電動車在額定功率下行駛時的電流10A ;(2) 電動車在額定功率下行駛的最長時間為0.96h;(3) 所需的燃料質(zhì)量為 0.0288kg題型四：電動機證明及符號運算整車質(zhì)量20kg鋰電池電壓48V鋰電池容量12A?h電動車額定電壓48V電動機額定功率480W【例5】如圖是小金研究電動機轉(zhuǎn)動是否對小燈泡的亮度有影響的電路圖，開始小金先抓住轉(zhuǎn)軸合上開關(guān),觀察小燈泡的亮度，接著放開轉(zhuǎn)軸讓電動機轉(zhuǎn)動，繼續(xù)觀察小燈泡亮度的變化(已知：小燈泡的電阻為R,電動機線圈電阻為 r,電源電壓

16、為U)，由此請你回答：(1) 在電動機未轉(zhuǎn)動時，t時間內(nèi)電流在電路中產(chǎn)生的熱量為 (填寫表達式)；(2) 在電動機轉(zhuǎn)動時，電流所做的功 電流在電路中產(chǎn)生的熱量(選填“大于”“等于”或“小于”)；(3) 小金判斷電動機轉(zhuǎn)動后小燈泡會更亮，你認為小金的判斷正確嗎？并根據(jù)學過的知識給以解 釋?！敬鸢浮?1)(2)大于1卡R-7UI轉(zhuǎn)P幾I轉(zhuǎn)(R r)由以上推導可知電動機由卡住到轉(zhuǎn)動，電路中電流會變小，根據(jù)2P I R可知小燈功率變小，亮度變小【變式訓練】1.如圖所示，滑輪一邊吊了一個正在以v 米/秒勻速向下運動的質(zhì)量為 m千克的砝碼，另一邊吊在發(fā)電機的轉(zhuǎn)輪上，整個裝置繩重、摩擦不計、發(fā)電機 外部 連

17、接導線電阻也忽略不計，額定電壓為U0伏特的普通燈泡正常工作，此時燈泡中電流大小為10安培，10N/kg用g表示.問：(1) 發(fā)電機正常發(fā)電時需要的機械功率為多大？(2) 發(fā)電機線圈電阻為多大？(3) 發(fā)電機的機械效率為多大？Uo Io【答案】發(fā)電機線圈電阻為為mgv U o Io ；;(3 )發(fā)電機的機械效率為效率為:I2mgv2. 如圖是一電動機通過動滑輪提升重物的裝置示意圖。電動機將質(zhì)量為m的重物勻速提升的高度為h,在提升過程中，電路中的電流為I，動滑輪的機械效率為 n假設電源電壓阻為R,不考慮電動機各處摩擦。求：(1) 電動機所施加的拉力 F做的功；(請用題干所給的字母表示，下同)(2)

18、 電動機所施加的拉力 F;(3) 試從能量轉(zhuǎn)化和守恒的角度，求電動機提升重物所用的時間?！敬鸢浮?1)電動機所施加的拉力 F做的功為;U保持不變，電動機線圈電mg(2)電動機所施加的拉刀為；2(3)由動機提升重物所用的時間為mghUII 2 R課后練習1. 一臺額定電壓為220V的電動機，正常工作時通過的電流為5A，發(fā)熱損失的功率為 25W，則其線圈電阻是（）B . 5QC. 44 QD . 1100 Q【答案】A2.加在某電動機上的電壓是U,電動機消耗的電功率為P,電動機線圈的電阻為r,則電動機線圈上消耗U 2P2rA . PB.C.2rU 2的電熱功率為（）P2 r【答案】C3. 一只電爐

19、的電阻絲和一臺電動機線圈電阻相同，都為貝恠相同的時間內(nèi)，下述說法中不正確的是（）A. 電爐和電動機產(chǎn)生的電熱相等B. 電動機消耗的功率大于電爐消耗的功率R。設通過它們的電流相同（電動機正常運轉(zhuǎn)），C. 電爐兩端電壓小于電動機兩端電壓D .電爐和電動機兩端電壓相等【答案】D4. 如圖是一個玩具汽車上的控制電路，其電動機上的線圈電阻為 1 Q,保護電阻R為4 Q當閉合開關(guān)S后,電動機工作，兩電壓表的示數(shù)分別為6V和2V，則電路中的電流 A，電動機的功率為 W ,電動機的機械效率為 .【答案】0.5, 2, 87.5%第4題5. 如圖所示，電源電壓恒為 12V，閉合開關(guān)S,當滑動變阻器的阻值為 10

20、 Q時，電壓表的示數(shù)為10V，此 時電動機正常工作，則滑動變阻器消耗的功率是 W.若電動機內(nèi)部線圈的電阻為2Q,則通電5min電流通過電動機內(nèi)部線圈產(chǎn)生的熱量是 J.這段時間電動機將電能轉(zhuǎn)化為機械能的效率為【答案】0.4, 24, 96%6. 電動機（如圖）是一種使用廣泛的動力機械，從能量轉(zhuǎn)化的角度看，它主要是把電能轉(zhuǎn)化為機械能， 還有一部分在線圈中以熱量的形式散失掉?，F(xiàn)有一臺電動機，當電動機兩端加220V電壓時，通過電動機線圈的電流為40A .問：（1） 若該電動機線圈的電阻是 0.4 0,則線圈每分鐘產(chǎn)生多少熱量？（2）這臺電動機的效率是多少？【答案】（1）線圈每分鐘產(chǎn)生的熱量為38400

21、J; （ 2）這臺電動機的效率是92.7%7. 小胡有一個電腦插入式微型吸塵器，正常工作時電壓為Ui= 4V，工作電流是li= 1.0A，若把它接入電壓為U2= 0.4V的電路時，電動機不轉(zhuǎn)，測得此時流過電動機的電流是l2 = 0.4A，求：(1) 電動機正常工作時的輸出功率；(2) 吸塵器的效率；(3) 如果電動機正常工作時，轉(zhuǎn)子突然被卡住，電動機此時的發(fā)熱功率(設此時線圈未被燒壞)?！敬鸢浮?1)電動機正常工作時的輸出功率為3W ; ( 2)吸塵器的效率為 75% ; ( 3)如果電動機正常工作時，轉(zhuǎn)子突然被卡住，電動機此時的發(fā)熱功率為16W8. 如圖所示是一直流電動機提升重物的裝置。已知

22、重物質(zhì)量m= 50kg，電源電壓U = 110V保持不變，電動機線圈的電阻 R = 4Q,不計各處摩擦，當電動機以某一速度勻 速向上提升重物時，電路中的電流 1 = 5A ( g= 10N/kg )。求:(1) 電源的輸出功率；(2) 電動機線圈電阻 R的發(fā)熱功率；(3) 試從能量轉(zhuǎn)化和守恒的角度，求重物上升的速度大小?！敬鸢浮?1)電源的輸出功率為 550W (2)電動機線圈電阻 R的發(fā)熱功率為100W ( 3)重物上升的速度為 0.9m/s。9. 某同學對錄音機中的小電動機用題圖所示電路進行實驗研究。閉合開關(guān)，移動滑動變阻器的滑片，當電壓表的示數(shù)為 0.40V時，電流表的示數(shù)為 0.20A

23、，此時電動機未轉(zhuǎn)動。當電壓表的示數(shù)為2.0V時,電流表的示數(shù)為0.30A，此時電動機勻速轉(zhuǎn)動，求：(1)電動機線圈的電阻；(2 )電動機轉(zhuǎn)動時消耗的電功率；(3) 電動機轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的機械功率?！敬鸢浮?1)電動機線圈的電阻為2Q；( 2)電動機轉(zhuǎn)動時消耗的電功率為0.6W ； ( 3)電動機轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的機械功率為0.42W41210.4甲010. 用12V的電源為微型電動機供電的電路如圖(甲)所示。當 單刀雙擲開關(guān)S1、S2均向上合上時，電動機開始轉(zhuǎn)動，電流 I隨時間t變化的圖象如圖(乙)所示。當電流穩(wěn)定時，電動 機正常工作。已知電動機轉(zhuǎn)動時歐姆定律不適用，并忽略溫 度對電阻的影響，試解答下列

24、問題。(1)(2)當單刀雙擲開關(guān)S1、S2合上時可實現(xiàn)電動機的反轉(zhuǎn)。當電動機正常工作時，電動機消耗的電功率為 W。(3)求電動機的電阻及正常工作時的輸出功率?！敬鸢浮?1)均向下；(2) 4.8 ； ( 3)電動機的電阻為10 Q,正常工作時的輸出功率為3.2W。11. 2013年我國將發(fā)射攜帶有電動月球車的“嫦娥三號”探月衛(wèi)星。該車總質(zhì)量為120千克。該車使用的是電壓為100伏的原子能電池，工作電路如圖所示，測得電動機的兩端的電壓為80伏，電流表讀數(shù)為L-Lrl_|孑一2安，月球車把電能轉(zhuǎn)化為機械能的效率為40%.(已知同一物體在月球上的重力只有地球上的六分之一)(1)圖中滑動變阻器接入電路

25、的阻值為多少？電動機工作90天(這里是以地球上計算的天數(shù))消耗的電能是多少千瓦時？ 假定月球車在水平月面上做勻速直線運動，所受的阻力是總重的0.4倍，則該車運動的速度是多少？(g取10N/kg)【答案】(1)圖中滑動變阻器接入電路的阻值為10Q;電動機工作 90天消耗的電能是 345.6kW?h;(2)該車運動的速度是1m/s12. 市場上流行著這樣一款風速可調(diào)的風扇帽子(如圖)，深受中小學生歡迎。小陳觀察發(fā)現(xiàn)其實這就是 一個小型電動機。已知：該電動機線圈電阻為r,電源電壓為U，風扇以最大轉(zhuǎn)速工作時，通過的電流是這個電動機可以調(diào)節(jié)風速，一定還有一個元件是 風扇以最大轉(zhuǎn)速工作時，電動機的機械效率

26、是多少？ 按住扇葉一段時間，再放開，發(fā)現(xiàn)風扇沒動。仔細檢查發(fā)現(xiàn)，電動機已燒(1)(2)(3)小陳疑惑：轉(zhuǎn)都沒轉(zhuǎn)怎么就燒毀了！請幫助推導分析原因。毀?！敬鸢浮?1)滑動變阻器；(2)風扇以最大轉(zhuǎn)速工作時，電動機的機械效率為n=U-Ir(2)如果電動機停轉(zhuǎn)后，此時電動機為純電阻電路，通過電動機電流為U2t，且此時電路中電流：I1 =T轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，所以：W = Q,即有：Ulit =電動機轉(zhuǎn)動時，通過電動機電流為I2,將電能轉(zhuǎn)化為機械能和內(nèi)能，所以電流通過電動機將電能全部I1,UW Q,即有：UI2t2 2rt ,所以I2V，故：|1 12,即不轉(zhuǎn)時電流增大，由 P熱=l2r知發(fā)熱功率會大大增加，有燒毀的