2024中考一輪復習物理-第十八講-電動機-原卷版+解析

第十八講--電動機一、思維導圖題型1題型1概念辨析題型2電動機的計算題型3電動機卡住的情況分析題型4電動機輸出功率的相關計算題型5化學能與電能的相關計算題型6電動機相關推理證明三、知識梳理1.電動機模型我們可以將其看作是一個沒有電阻但兩端有一定的電壓U的線圈M（理想的電機）與一個電阻R串聯(lián)，如圖所示．從能量轉化的角度看，電動機主要是通過線圈M把電能轉化為機械能，還有一部分在電阻R中產生的形式散失。純電阻電路非純電阻電路舉例白熾燈、電爐、電熨斗、電飯鍋電動機、電解槽能量轉化情況具體能量轉化模型輸入電能：輸入電能：W電=UItP電=UI電動機輸出機械能：W機=W電—Q=UIt-I2RtP機=P電—P熱=UI-I2R電動機發(fā)熱：Q=I2RtP熱=I2R電功和電熱的關系W=Q即UIt=I2RtW=Q+E其他UIt=I2Rt+E其他電功率和熱功率的關系P=P熱即UI=I2RP=P熱+P其他即UI=I2R+P其他歐姆定律是否成立歐姆定律成立歐姆定律不成立說明W=UIt、P電=UI適用于任何電路計算電功和電功率Q=I2Rt、P熱=I2R適用于任意電路計算電熱和熱功率只有純電阻電路滿足W=Q,P電=P熱；非純電阻電路W>Q,P電>P熱3.電動機相關公式（U為電動機兩端的電壓，I為流過電動機的電流，R電動機的內阻，t電動機工作的時間）（1）電動機工作時將輸入的電能絕大部分轉化為機械能，但還有一部分轉化為熱能，屬于非純電阻，因此計算時要注意含電阻的公式不能隨便用。（2）公式：基本公式：P=UI，W=UIt。推導式，在純電阻電路中，電功和電熱公式通用；電功率和電熱功率公式通用：P=UI=I2R=U2/R；W=Pt=UIt=I2Rt=（U2/R）t。在非純電阻電路中，電熱Q=I2Rt，電熱功率：P熱=I2R。（3）在計算電動機電路可用以下公式：①電動機不轉動時：無機械能輸出，電能全部轉化為內能，不轉的時候是用來求線圈內阻r。所以W電=Q；P電=P熱=I2R②電動機正常工作時：a.電流做功是所消耗的總能量W電=UIt；電流做功的功率P電=UI；b.工作時所產生的熱能Q=W熱=I2Rt；其發(fā)熱功率P熱=I2R；c.所轉化的機械能W機＝W總-W熱＝UIt-I2Rt；轉化的機械能功率P機=P總-P熱＝UI-I2R?！灸芰ν卣埂咳魴C械能做功，如電機將物體升高，電動機的機械功率P有＝Gh/t=Fs/t=Fv4.純電阻電路與非純電阻電路區(qū)分方法：(1)從元器件角度識別日常生活中的電熱毯、電烙鐵、白熾燈、電爐子、電飯鍋、電熨斗、轉子被卡住的電動機等元器件都屬于純電阻，含這些元件的電路稱純電阻電路。電動機、電風扇、電吹風、電冰箱、電視機、電解槽、電腦、電磁爐、蓄電池(充電)等元器件在工作時都屬于非純電阻，含這些元件的電路稱非純電阻電路。它們在電路中的符號如下：①純電阻： ②非純電阻考點分析：①常見的純電阻電路:白熾燈、電烙鐵、電熨斗、電飯鍋、電熱毯、電爐等常見的非純電阻電路:電動機、電風扇、電冰箱、洗衣機等②所謂純電阻電路指的是工作時將電能全部轉化為內能的電路。電動機屬于典型的非純電阻電路，電動機工作時將電能主要轉化為機械能，少量轉化為內能。(2)從能量轉化角度識別①純電阻電路：電能全部轉化為內能②非純電阻電路：電能轉化為內能和其它形式能。其中：內能應只占少部分。對于含電動機的電路，其它形式能為機械能；對于含電解槽的電路，其它形式能為化學能。四、題型分類題型1概念辨析1.電功率的表達式有三個，P=UI、P=I2R、P=U2/R，對這三個表達式的認識正確的是（）A．P=UI適合于純電阻電路電功率的計算，對于非純電阻電路不適用B．P=I2R適合于一切電路的熱功率的計算C．P=U2/R適合于一切電路電功率和熱功率的計算D．三個公式各自的適用條件與電路的連接方式有關2.下列關于電功、電功率和焦耳定律的說法中不正確的是()A.電功率越大，電流做功越快，電路中產生的焦耳熱一定越多B.W=UIt適用于任何電路，而只適用于純電阻電路C.在非純電阻電路中,UI>I2RD.焦耳熱Q=I2Rt適用于任何電路題型2電動機的計算1.（2022?金華模擬）電吹風是現(xiàn)代家庭的常用電器。如圖甲所示是電吹風的電路原理圖，R是電熱絲，M是帶動風扇轉動的電動機，某電吹風的主要技術參數(shù)如圖乙所示：（1）當只閉合S1時，電吹風工作1min消耗的電能是多少J？（2）當同時閉合S1、S2時，電吹風工作時通過R的電流為多大？（3）當電吹風吹熱風時，1min內電流通過R產生的熱量是多少J？2.（2023?杭州一模）如圖為某品牌運動果汁杯及其銘牌參數(shù)。運動果汁杯內置一個電動機，電動機通過金屬桿帶動刀片旋轉，將水果打成果汁。此款運動果汁杯以額定功率工作時，一次打汁時間是48s，充滿電后可以打汁20次，20次后指示燈閃爍提示電量不足，需要充電。則：（1）電動機正常工作時，通過線圈的電流約為A。（保留1位小數(shù)，下同）（2）在打汁時，電動機線圈電阻為0.1Ω，電動機輸出的機械功率是多少？（3）此款運動果汁杯，當電池容量低于%時需要充電。（電池容量“5100mAh是指當工作電流為5100mA，能持續(xù)供電1h）題型3電動機卡住的情況分析1.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軸使其不能轉動，閉合開關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，使電動機轉軸轉動，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：利用如表數(shù)據(jù)計算和分析：（1）電動機不轉動時，通電10s，電動機所做的電功W1和所產生的熱量Q1。（2）電動機轉動時，通電10s，電動機所做的電功W2和所產生的熱量Q2。（3）試比較W1和Q1的大小關系以及W2和Q2的大小關系，并分析其原因/U（V）I（A）W（J）Q（J）不轉動0.20.2W1Q1轉動3.01.2W2Q2題型4電動機輸出功率的相關計算1.（2023?溫州模擬）我們日常生活、工作中隨處可見機械對我們的幫助。（1）易拉罐拉環(huán)的實質是杠桿，如圖1。拉環(huán)打開前后模型如圖2。將拉環(huán)從緊貼罐身撬動至圖1所示位置的過程中，杠桿的支點是（填字母）。（2）小明利用電動機與滑輪制作了一個可以打撈物體的模型，如圖3。已知當電動機正常工作時，電動機兩端電壓為10V時，電流為0.4A，可以拉動重為10N的物體，以0.3m/s的速度勻速上升。此時該裝置的機械效率為。2.（2023?慈溪市校級模擬）如圖所示，水底有一塊體積100cm3的鋁塊。現(xiàn)用一電源電壓為6V的電動機把浸沒在水中的鋁塊提出水面，離開水面后，鋁塊3s內勻速提升了1m，電路中的電流為0.2A。已知鋁的密度為2.7×103kg/m3，鋁塊提升過程中受到的阻力、繩子自重和摩擦等都不計。求：（1）鋁塊浸沒在水中受到的浮力。（2）鋁塊的重力。（3）鋁塊離開水面后，電動機工作3s內產生的電熱。（4）電動機線圈阻值。3（2021?臺州模擬）如圖是直流電動機提升重物的示意圖，電源電壓為20V且保持不變，電路中的電流為2A，質量為3.6kg的某物體在電動機帶動下以1m/s的速度勻速上升10秒，不計各處摩擦，求：（1）電動機線圈的電阻；（2）若將某燈泡串聯(lián)在該電路中正常發(fā)光，保持電源電壓不變，隨后增大物體質量使電動機無法轉動，則該燈泡的亮度會發(fā)生什么變化？并證明。（忽略燈泡阻值的變化）4.（2023?鄞州區(qū)校級一模）2023年的植樹節(jié)，我國利用無人機在沙漠地區(qū)播撒植物種子。如圖所示的小型四旋翼無人機是一種能夠垂直起降的小型遙控飛行器。若質量m＝2kg的無人機從地面上由靜止開始豎直向上起飛，20s末無人機離地高度h＝50m，整個運動過程中電動機提供升力F＝24N，所受空氣阻力f大小不變，且無人機動能增加量ΔE＝25J。已知動力系統(tǒng)的電動機工作電壓U＝25V，電流I＝3A。下列說法不正確的是（）A．無人機在上升過程中做加速運動 B．20s內電動機輸出的機械能（升力所做的功）為1200J C．所受空氣阻力f為4N D．該電動機的線圈電阻約為1.7Ω題型5化學能與電能的相關計算1.如圖所示，有一內電阻為4.4Ω的電解槽和一盞標有“110V60W”的燈泡串聯(lián)后,接在電壓為220V的直流電路兩端，燈泡正常發(fā)光，則()A.電解槽消耗的電功率為120WB.電解槽的發(fā)熱功率為60WC.電解槽消耗的電功率為60WD.電路消耗的總功率為60W2.如圖所示，A為電解槽，M為電動機，N為電爐子，恒定電壓U=12V,電解槽內阻RA=2Ω。當S?閉合，S?、S?斷開時，電流表A示數(shù)為6A;當S?閉合，S?、S?斷開時，A示數(shù)為5A,且電動機輸出功率為35W;當S?閉合，S?、S2斷開時，A示數(shù)為4A。求：(1)電爐子的電阻及發(fā)熱功率各多大?(2)電動機的內阻是多少?(3)在電解槽工作時，電能轉化為化學能的功率為多少?題型6電動機相關推理證明1.如圖是小金研究電動機轉動是否對小燈泡的亮度有影響的電路圖。開始小金先抓住轉軸合上開關，觀察小燈泡的亮度；接著放開轉軸讓電動機轉動，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，電源電壓為U）。由此請你回答：

(1)在電動機未轉動時，t時間內電流在電路中產生的熱量為________（填寫表達式）。(2)在電動機轉動時，電流所做的功________電流在電路中產生的熱量（選填“大于”、“等于”或“小于”）。(3)小金判斷電動機轉動后小燈泡會更亮，你認為小金的判斷正確嗎？并根據(jù)學過后知識給以解釋。2.電動機工作時將電能轉化為機械能，但因為線圈有電阻也會有電能轉化為電熱。如圖所示，將線圈電阻為r的電動機接到電源電壓U上時，流過電動機線圈的電流為I。⑴推導：電動機的效率(機械能占消耗電能的百分比)=U-Ir/Uxl00%o(2)若電動機的額定電流I=1A,電動機線圈電阻r=0.5Ω,工作t=lmin時間內對外輸出的機械能為W=150J。試求：①lmin時間內消耗的電能。②電動機兩端的電壓為多少？五、課后鞏固1.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為（）A．PB．U2/rC．P2r/U2 D．P-P2r/U22.（2022春?上城區(qū)月考）如圖是直流電動機提升重物的示意圖，電源電壓為110V且保持不變，電路中的電流是5A，重500N的物體在電動機帶動下以0.9m/s的速度勻速上升，不計各處摩擦，則電動機線圈的電阻是多少？3.（2022?鄞州區(qū)校級模擬）某一用直流電動機提升重物的裝置，如圖所示，重物的質量為50kg，電源電壓為110V，不計電源電阻及各處摩擦。當電動機轉動，使物體以0.9m/s的速度勻速上升時，電路中的電流大小為5A。則電動機線圈的電阻大小為。4.（2020.西湖區(qū)一模）某電動玩具汽車部分參數(shù)如下圖所示：電動機線圈電阻1歐電池電壓12伏額定電流2安（1）電動機正常工作1分鐘，消耗多少電能？（2）電動機正常工作時的機械功率是多少？（3）假定電池的輸出電壓恒定不變，若玩具汽車被障礙物卡住，電動機停止旋轉，則持續(xù)通電一分鐘會產生多少熱量？5.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)為1安。當S閉合時，電流表讀數(shù)為3安。問：（1）電阻R為多少？（2）電動機的機械功率為多少？（3）電動機工作2分鐘，電動機線圈產生了多少熱量？6.（2020.上城區(qū)一模）近期一些餐廳的出現(xiàn)了用送餐機器人進行無接觸配送，其運動依靠底部電動機帶動。已知電動機線圈為銅制，比熱容為0.4×103J/（Kg·℃），整個線圈質量為0.2kg，產生的熱量有80%轉化為線圈的內能，電動機與電表串聯(lián)后接在24V直流電源上工作，閉合開關后發(fā)現(xiàn)機器人并未運動，這時電流表示數(shù)為8A。檢查發(fā)現(xiàn)電動機的齒輪被卡住了，排除故障后，正常工作時電流表的讀數(shù)為1A。忽略所有摩擦，計算（1）電動機線圈的阻值；（2）電動機正常工作時的效率；（3）不考慮線圈與其他材料之間的熱傳遞，在卡住的1分鐘內線圈的溫度會升高多少？7.（2023?定海區(qū)三模）如圖是某種鋰電池的部分參數(shù)，小舟同學將電池安裝到遙控車上，進行花樣賽車訓練。已知小車質量為0.5千克，行駛時功率為2W，電動機效率為80%（表中“Ah”讀作“安時”，2Ah表示該電池在4V電壓下能以2A的電流放電1小時）。（取g＝10N/kg）求。名稱：充電式鋰電池容量：2Ah標稱電壓：4V充電模式：恒流/恒壓……（1）該電池充電一次可以儲存的最大能量是。（2）造成電動機效率不能達到100%的原因可能是。（3）充滿電一次，可供小亮同學訓練多少小時？8.如圖所示利用小型發(fā)電機給工廠中的電動機和燈泡供電，發(fā)電機的輸出功率為1kW，輸電電壓為250V，發(fā)電機與工廠之間距離為為400m，發(fā)電機與工廠之間兩根輸電導線總電阻為7.5Ω，其它導線電阻忽略不計，在該電路中燈泡的實際功率為110W，電動機線圈電阻4Ω.試求：（1）工廠用電器兩端的電壓是多少?（2）電動機的電功率以及輸出功率?9.物理實驗室有一個微型電動機，銘牌上標有“12V3W”字樣，電動機線圈電阻為1.92Ω。興趣小組的同學想讓這個電動機正常工作，但手邊只有一個電壓恒為18V的電源，于是他們找來一個阻值合適的電阻R與之串聯(lián)接入電路如圖，使小電動機恰好正常工作．求：（1）所串聯(lián)的電阻R的阻值（2）小電動機正常工作時，電阻R消耗的電功率（3）電動機工作時，主要把電能轉化為機械能，還一部分能量在線圈中以熱量的形式散失掉．已知電流通過導體時產生的熱量Q=I2Rt，求小電動機正常工作時的效率10.（2023?慈溪市校級模擬）科技改變生活，某大型立體停車場使用“車位引導及尋車系統(tǒng)”，該系統(tǒng)主要包括：攝像頭、升降停車設備（如圖甲）和信息平臺。系統(tǒng)通過攝像頭收集車位信息。取車時，只要在查詢終端輸入車輛信息，屏幕上就會顯示車主所處位置、車輛停放位置和最佳取車路線，實現(xiàn)車位引導功能。（1）圖甲的攝像頭在抓拍車位信息時在感光屏PSH型簡易升降類停車設備相關參數(shù)上能成一個倒立、實像；（2）對該停車設備的鋼構表面鍍鋅或噴塑處理能防止鋼構生銹，其原理是；PSH型簡易升降類停車設備相關參數(shù)客車最大質量2000kg升降平均速度2.2m/min電動機功率2.2kW升降高度2.2m電源電壓220V鋼構表面處理鍍鋅噴塑（3）小柯將質量為1.6噸的汽車停在一層車位后，車輪與車位總的接觸面積為0.08m2，設備以升降平均速度將其升至二層車位，請計算：①汽車停在車位上時，對車位產生的壓強。②電動機在提升汽車過程中的效率。第十八講--電動機一、思維導圖題型1題型1概念辨析題型2電動機的計算題型3電動機卡住的情況分析題型4電動機輸出功率的相關計算題型5化學能與電能的相關計算題型6電動機相關推理證明三、知識梳理1.電動機模型我們可以將其看作是一個沒有電阻但兩端有一定的電壓U的線圈M（理想的電機）與一個電阻R串聯(lián)，如圖所示．從能量轉化的角度看，電動機主要是通過線圈M把電能轉化為機械能，還有一部分在電阻R中產生的形式散失。純電阻電路非純電阻電路舉例白熾燈、電爐、電熨斗、電飯鍋電動機、電解槽能量轉化情況具體能量轉化模型輸入電能：輸入電能：W電=UItP電=UI電動機輸出機械能：W機=W電—Q=UIt-I2RtP機=P電—P熱=UI-I2R電動機發(fā)熱：Q=I2RtP熱=I2R電功和電熱的關系W=Q即UIt=I2RtW=Q+E其他UIt=I2Rt+E其他電功率和熱功率的關系P=P熱即UI=I2RP=P熱+P其他即UI=I2R+P其他歐姆定律是否成立歐姆定律成立歐姆定律不成立說明W=UIt、P電=UI適用于任何電路計算電功和電功率Q=I2Rt、P熱=I2R適用于任意電路計算電熱和熱功率只有純電阻電路滿足W=Q,P電=P熱；非純電阻電路W>Q,P電>P熱3.電動機相關公式（U為電動機兩端的電壓，I為流過電動機的電流，R電動機的內阻，t電動機工作的時間）（1）電動機工作時將輸入的電能絕大部分轉化為機械能，但還有一部分轉化為熱能，屬于非純電阻，因此計算時要注意含電阻的公式不能隨便用。（2）公式：基本公式：P=UI，W=UIt。推導式，在純電阻電路中，電功和電熱公式通用；電功率和電熱功率公式通用：P=UI=I2R=U2/R；W=Pt=UIt=I2Rt=（U2/R）t。在非純電阻電路中，電熱Q=I2Rt，電熱功率：P熱=I2R。（3）在計算電動機電路可用以下公式：①電動機不轉動時：無機械能輸出，電能全部轉化為內能，不轉的時候是用來求線圈內阻r。所以W電=Q；P電=P熱=I2R②電動機正常工作時：a.電流做功是所消耗的總能量W電=UIt；電流做功的功率P電=UI；b.工作時所產生的熱能Q=W熱=I2Rt；其發(fā)熱功率P熱=I2R；c.所轉化的機械能W機＝W總-W熱＝UIt-I2Rt；轉化的機械能功率P機=P總-P熱＝UI-I2R。【能力拓展】若機械能做功，如電機將物體升高，電動機的機械功率P有＝Gh/t=Fs/t=Fv4.純電阻電路與非純電阻電路區(qū)分方法：(1)從元器件角度識別日常生活中的電熱毯、電烙鐵、白熾燈、電爐子、電飯鍋、電熨斗、轉子被卡住的電動機等元器件都屬于純電阻，含這些元件的電路稱純電阻電路。電動機、電風扇、電吹風、電冰箱、電視機、電解槽、電腦、電磁爐、蓄電池(充電)等元器件在工作時都屬于非純電阻，含這些元件的電路稱非純電阻電路。它們在電路中的符號如下：①純電阻： ②非純電阻考點分析：①常見的純電阻電路:白熾燈、電烙鐵、電熨斗、電飯鍋、電熱毯、電爐等常見的非純電阻電路:電動機、電風扇、電冰箱、洗衣機等②所謂純電阻電路指的是工作時將電能全部轉化為內能的電路。電動機屬于典型的非純電阻電路，電動機工作時將電能主要轉化為機械能，少量轉化為內能。(2)從能量轉化角度識別①純電阻電路：電能全部轉化為內能②非純電阻電路：電能轉化為內能和其它形式能。其中：內能應只占少部分。對于含電動機的電路，其它形式能為機械能；對于含電解槽的電路，其它形式能為化學能。四、題型分類題型1概念辨析1.電功率的表達式有三個，P=UI、P=I2R、P=U2/R，對這三個表達式的認識正確的是（）A．P=UI適合于純電阻電路電功率的計算，對于非純電阻電路不適用B．P=I2R適合于一切電路的熱功率的計算C．P=U2/R適合于一切電路電功率和熱功率的計算D．三個公式各自的適用條件與電路的連接方式有關【答案】B【解析】A、電路分為純電阻電路和非純電阻電路，求解電功率時，公式P=IU對這兩種電路都適用，故A錯誤；B、P=I2R適用于任何電路的熱功率的計算，故B正確；C、P=U2/R只適用于純電阻電路的電功率和熱功率的計算，故C錯誤；D、P=UI、P=I2R、P=U2/R的適用條件與電路的連接方式無關，故D錯誤。故選：B。2.下列關于電功、電功率和焦耳定律的說法中不正確的是()A.電功率越大，電流做功越快，電路中產生的焦耳熱一定越多B.W=UIt適用于任何電路，而只適用于純電阻電路C.在非純電阻電路中,UI>I2RD.焦耳熱Q=I2Rt適用于任何電路題型2電動機的計算1.（2022?金華模擬）電吹風是現(xiàn)代家庭的常用電器。如圖甲所示是電吹風的電路原理圖，R是電熱絲，M是帶動風扇轉動的電動機，某電吹風的主要技術參數(shù)如圖乙所示：（1）當只閉合S1時，電吹風工作1min消耗的電能是多少J？（2）當同時閉合S1、S2時，電吹風工作時通過R的電流為多大？（3）當電吹風吹熱風時，1min內電流通過R產生的熱量是多少J？【答案】見試題解答內容【解答】解：（1）只閉合S1，電路只有電動機工作，即P冷＝80W。則消耗電能：W＝Pt＝80W×60s＝4800J。（2）同時閉合S1、S2，電路為電動機與電熱絲并聯(lián)，吹熱風，∴P總＝880W，UR＝U＝220V?！嚯姛峤z功率：PR＝P總﹣PM＝880W﹣80W＝800W電熱絲電流：IR＝＝≈3.6A。（3）吹熱風時，電動機與電熱絲并聯(lián)，則PR＝800W。電熱絲消耗的電能全部轉化為內能，1min內電流通過R產生的熱量：Q＝W＝Pt＝800W×60s＝4.8×104J。答：（1）當只閉合S1時，電吹風正常工作1min消耗的電能是4800J。（2）當同時閉合S1、S2時，電吹風正常工作，通過R的電流為3.6A。（3）吹熱風時，1min內電流通過R產生的熱量是4.8×104J。2.（2023?杭州一模）如圖為某品牌運動果汁杯及其銘牌參數(shù)。運動果汁杯內置一個電動機，電動機通過金屬桿帶動刀片旋轉，將水果打成果汁。此款運動果汁杯以額定功率工作時，一次打汁時間是48s，充滿電后可以打汁20次，20次后指示燈閃爍提示電量不足，需要充電。則：（1）電動機正常工作時，通過線圈的電流約為A。（保留1位小數(shù)，下同）（2）在打汁時，電動機線圈電阻為0.1Ω，電動機輸出的機械功率是多少？（3）此款運動果汁杯，當電池容量低于%時需要充電。（電池容量“5100mAh是指當工作電流為5100mA，能持續(xù)供電1h）【解答】解：（1）根據(jù)P＝UI得，電動機正常工作時通過線圈的電流：I=P（2）電動機的發(fā)熱功率：P熱＝I2r＝（17.0A）2×0.1Ω＝28.9W，電動機輸出的機械功率：P機械＝P﹣P熱＝126W﹣28.9W＝97.1W；（3）20次打汁消耗的電能：W1＝Pt＝126W×48s×20＝120960J，電池容量“5100mAh”，則該電池充滿電時儲存的電能：W＝UIt＝7.4V×5.1A×3600s＝135864J，剩余的電能：W剩＝W﹣W1＝135864J﹣120960J＝14904J，剩余電能與總電能的比值：η=W即當電池容量低于11.0%時需要充電。答：（1）17.0；（2）電動機輸出的機械功率是97.1W；（3）11.0。題型3電動機卡住的情況分析1.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軸使其不能轉動，閉合開關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，使電動機轉軸轉動，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：利用如表數(shù)據(jù)計算和分析：（1）電動機不轉動時，通電10s，電動機所做的電功W1和所產生的熱量Q1。（2）電動機轉動時，通電10s，電動機所做的電功W2和所產生的熱量Q2。（3）試比較W1和Q1的大小關系以及W2和Q2的大小關系，并分析其原因/U（V）I（A）W（J）Q（J）不轉動0.20.2W1Q1轉動3.01.2W2Q2【答案】（1）W1=0.4J，Q1=0.4J（2）W2=36J，Q2=14.4J（3）見下面解析【解析】（1）電動機不轉動時，電能全部轉化為內能，所以W1=U1I1t=0.2V×0.2A×10s=0.4J；因為I=U/R，所以電動機不轉動時電阻R=U1/I1=0.2V/0.2A=1Ω，電動機所產生的熱量Q1=I12Rt=（0.2A）2×1Ω×10s=0.4J；（2）因為I=U/R，通電10s，電動機所做的電功W2=U2I2t=3.0V×1.2A×10s=36J，電動機轉動時電阻R與電動機不轉動時的電阻相等，電動機所產生的熱量Q2=I22Rt=（1.2A）2×1Ω×10s=14.4J；（3）通過上述計算可得，W1=Q1，W2＞Q2，電動機未轉動時，電流經線圈時電能全部轉化為熱能，因此W1=Q1；電動機轉動時，電流流經線圈時電能一部分轉化為機械能，另一部分轉化為熱能，因此W2＞Q2。題型4電動機輸出功率的相關計算1.（2023?溫州模擬）我們日常生活、工作中隨處可見機械對我們的幫助。（1）易拉罐拉環(huán)的實質是杠桿，如圖1。拉環(huán)打開前后模型如圖2。將拉環(huán)從緊貼罐身撬動至圖1所示位置的過程中，杠桿的支點是（填字母）。（2）小明利用電動機與滑輪制作了一個可以打撈物體的模型，如圖3。已知當電動機正常工作時，電動機兩端電壓為10V時，電流為0.4A，可以拉動重為10N的物體，以0.3m/s的速度勻速上升。此時該裝置的機械效率為?！敬鸢浮緽；75%。【解答】解：（1）拉動拉環(huán)時，杠桿ABC繞著B點轉動，故支點為B；（2）勻速提升物體時，對物體的拉力大小等于物體重力，電動機正常工作時輸出功率就是電機吊起重物的功率，則有：P輸出＝＝＝Fv＝Gv＝10N×0.3m/s＝3W，電動機正常工作時，電動機兩端電壓和通過的電流分別為：U＝10V，I＝0.4A，電動機正常工作時消耗的電功率為：P＝UI＝10V×0.4A＝4W，電動機的機械效率：η＝×100%＝×100%＝×100%＝×100%＝75%。故答案為：B；75%。2.（2023?慈溪市校級模擬）如圖所示，水底有一塊體積100cm3的鋁塊?，F(xiàn)用一電源電壓為6V的電動機把浸沒在水中的鋁塊提出水面，離開水面后，鋁塊3s內勻速提升了1m，電路中的電流為0.2A。已知鋁的密度為2.7×103kg/m3，鋁塊提升過程中受到的阻力、繩子自重和摩擦等都不計。求：（1）鋁塊浸沒在水中受到的浮力。（2）鋁塊的重力。（3）鋁塊離開水面后，電動機工作3s內產生的電熱。（4）電動機線圈阻值。【答案】（1）鋁塊浸沒在水中受到的浮力為1N；（2）鋁塊的重力為2.7N；（3）鋁塊離開水面后，電動機工作3s內產生的電熱為0.9J。（4）電動機線圈阻值為7.5Ω。【解答】解：（1）鋁塊浸沒時受到的浮力：F?。溅阉甮V排＝ρ水gV＝1.0×103kg/m3×10N/kg×100×10﹣6m3＝1N；（2）根據(jù)ρ＝知鋁塊的質量為：m＝ρ鋁V＝2.7×103kg/m3×100×10﹣6m3＝0.27kg，鋁塊的重力為：G＝mg＝0.27kg×10N/kg＝2.7N；（3）鋁塊離開水面后，電動機對鋁塊做的功為：W＝Gh＝2.7N×1m＝2.7J；電動機消耗的電能為：W′＝UIt＝6V×0.2A×3s＝3.6J，電動機工作1s內產生的電熱為：Q＝W′﹣W＝3.6J﹣2.7J＝0.9J；（4）根據(jù)Q＝I2Rt得電動機線圈阻值為：R＝＝＝7.5Ω。答：（1）鋁塊浸沒在水中受到的浮力為1N；（2）鋁塊的重力為2.7N；（3）鋁塊離開水面后，電動機工作3s內產生的電熱為0.9J。（4）電動機線圈阻值為7.5Ω。3（2021?臺州模擬）如圖是直流電動機提升重物的示意圖，電源電壓為20V且保持不變，電路中的電流為2A，質量為3.6kg的某物體在電動機帶動下以1m/s的速度勻速上升10秒，不計各處摩擦，求：（1）電動機線圈的電阻；（2）若將某燈泡串聯(lián)在該電路中正常發(fā)光，保持電源電壓不變，隨后增大物體質量使電動機無法轉動，則該燈泡的亮度會發(fā)生什么變化？并證明。（忽略燈泡阻值的變化）【答案】（1）電動機線圈的電阻為1Ω；（2）當增大物體質量使電動機無法轉動時，該燈泡會亮度?！窘獯稹拷猓海?）電路的總功率：P＝UI＝20V×2A＝40W，電動機的輸出功率：P機＝Gv＝3.6kg×10N/kg×1m/s＝36W，電動機的發(fā)熱功率：P熱＝P總﹣P機＝40W﹣36W＝4W，根據(jù)P熱＝I2R得電動機線圈的電阻R＝＝＝1Ω；（2）當電動機正常轉動時，電動機的總功率大于發(fā)熱功率，即P電＞P熱，UI＞I2（RL+R），U＞I（RL+R），解得：＞I，即I不轉＞I轉，所以當增大物體質量使電動機無法轉動時，該燈泡會亮度。答：（1）電動機線圈的電阻為1Ω；（2）當增大物體質量使電動機無法轉動時，該燈泡會亮度。4.（2023?鄞州區(qū)校級一模）2023年的植樹節(jié)，我國利用無人機在沙漠地區(qū)播撒植物種子。如圖所示的小型四旋翼無人機是一種能夠垂直起降的小型遙控飛行器。若質量m＝2kg的無人機從地面上由靜止開始豎直向上起飛，20s末無人機離地高度h＝50m，整個運動過程中電動機提供升力F＝24N，所受空氣阻力f大小不變，且無人機動能增加量ΔE＝25J。已知動力系統(tǒng)的電動機工作電壓U＝25V，電流I＝3A。下列說法不正確的是（）A．無人機在上升過程中做加速運動 B．20s內電動機輸出的機械能（升力所做的功）為1200J C．所受空氣阻力f為4N D．該電動機的線圈電阻約為1.7Ω【解答】解：（1）無人機的重力：G＝mg＝2kg×10N/kg＝20N，無人機克服重力做功：W1＝Gh＝20N×50m＝1000J，20s內電動機輸出的機械能（升力所做的功）為：W2＝Fh＝24N×50m＝1200J，故B正確；無人機動能增加量ΔE＝25J，根據(jù)能量守恒定律可知無人機克服空氣阻力做功：W′＝W2﹣W1﹣ΔE＝1200J﹣1000J﹣25J＝175J，無人機所受空氣阻力：f=W'（2）無人機受到的重力方向向下，空氣阻力方向向下，升力方向向上，無人機受到的合力為：F′＝F﹣G﹣f＝24N﹣20N﹣3.5N＝0.5N，方向向上，所以無人機在上升過程中做加速運動，故A正確；（3）20s內電動機消耗的電能：W＝UIt＝25V×3A×20s＝1500J，電流通過電動機線圈產生的熱量：Q＝W﹣W2＝1500J﹣1200J＝300J，線圈的電阻：R=QI2故選：C。題型5化學能與電能的相關計算1.如圖所示，有一內電阻為4.4Ω的電解槽和一盞標有“110V60W”的燈泡串聯(lián)后,接在電壓為220V的直流電路兩端，燈泡正常發(fā)光，則()A.電解槽消耗的電功率為120WB.電解槽的發(fā)熱功率為60WC.電解槽消耗的電功率為60WD.電路消耗的總功率為60W【答案】C2.如圖所示，A為電解槽，M為電動機，N為電爐子，恒定電壓U=12V,電解槽內阻RA=2Ω。當S?閉合，S?、S?斷開時，電流表A示數(shù)為6A;當S?閉合，S?、S?斷開時，A示數(shù)為5A,且電動機輸出功率為35W;當S?閉合，S?、S2斷開時，A示數(shù)為4A。求：(1)電爐子的電阻及發(fā)熱功率各多大?(2)電動機的內阻是多少?(3)在電解槽工作時，電能轉化為化學能的功率為多少?【答案】⑴R=2Ω,72W⑵電動機的內阻是1Ω(3)16W【解析】(1)當S?閉合，S2、S3斷開時，只有電爐子接入，因電爐子為純電阻，由歐姆定律有：電爐子的電阻R=U/I1=2Ω發(fā)熱功率為：P=UI=12×6W=72W。(2)當S2閉合、S1、S3斷開時，電動機為非純電阻，由能量守恒定律得：UI2=I22RM+P輸出代入數(shù)據(jù)解得：RM=1Ω(3)當S3閉合、S1、S2斷開時，電解槽工作，由能量守恒定律得：P化=UI3-I32RA代入數(shù)據(jù)解得：P化=16W題型6電動機相關推理證明1.如圖是小金研究電動機轉動是否對小燈泡的亮度有影響的電路圖。開始小金先抓住轉軸合上開關，觀察小燈泡的亮度；接著放開轉軸讓電動機轉動，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，電源電壓為U）。由此請你回答：

(1)在電動機未轉動時，t時間內電流在電路中產生的熱量為________（填寫表達式）。(2)在電動機轉動時，電流所做的功________電流在電路中產生的熱量（選填“大于”、“等于”或“小于”）。(3)小金判斷電動機轉動后小燈泡會更亮，你認為小金的判斷正確嗎？并根據(jù)學過后知識給以解釋?！敬鸢浮浚?）

（2）大于

（3）不正確，不轉時W總功=Q電路UI1t=I12(R+r)t

轉動時W'總功>Q'電路UI2t>I22(R+r)t

故I2<I1，燈泡變暗

【考點】焦耳定律的計算公式及其應用

【解析】【分析】（1）在電動機未轉動時，該電路為兩個電阻串聯(lián)的電路，根據(jù)焦耳定律的公式寫出表達式；（2）（3）在電動機轉動時，消耗的電能一部分轉化為機械能，另一部分轉化為內能。

【解答】（1）在電動機未轉動時，該電路為兩個電阻串聯(lián)的電路，則此時電路中的電流為：I=

；根據(jù)焦耳定律可知，t時間內電流在電路中產生的熱量即電流所做的功為：W=Q=UIt=Ut=；

（2）在電動機轉動時，電流所做的功主要有兩個利用：一個是轉化為電動機的機械能，另一個是轉化為燈泡和電動機的內能；故電流在電路中產生的熱量要小于電流所做的功；

（3）電動機轉動后，電動機會消耗一部分能量，使得電功轉化而成的內能減小，故燈泡的亮度會變暗，所以小金的判斷時錯誤的；

不轉時W總功=Q電路UI1t=I12(R+r)t，轉動時W'總功>Q'電路UI2t>I22(R+r)t，故I2<I1，燈泡變暗。故答案為：（1）；（2）大于；（3）不正確，不轉時W總功=Q電路UI1t=I12(R+r)t，轉動時W'總功>Q'電路UI2t>I22(R+r)t，故I2<I1，燈泡變暗。2.電動機工作時將電能轉化為機械能，但因為線圈有電阻也會有電能轉化為電熱。如圖所示，將線圈電阻為r的電動機接到電源電壓U上時，流過電動機線圈的電流為I。⑴推導：電動機的效率(機械能占消耗電能的百分比)=U-Ir/Uxl00%o(2)若電動機的額定電流I=1A,電動機線圈電阻r=0.5Ω,工作t=lmin時間內對外輸出的機械能為W=150J。試求：①lmin時間內消耗的電能。②電動機兩端的電壓為多少？五、課后鞏固1.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為（）A．PB．U2/rC．P2r/U2 D．P-P2r/U2【答案】C【解析】電動機消耗的電功率為P，加在電動機上的電壓是U，故電流為：I=P/U；發(fā)熱功率：P熱=I2r=P2r/U2；故選：C。2.（2022春?上城區(qū)月考）如圖是直流電動機提升重物的示意圖，電源電壓為110V且保持不變，電路中的電流是5A，重500N的物體在電動機帶動下以0.9m/s的速度勻速上升，不計各處摩擦，則電動機線圈的電阻是多少？【答案】電動機線圈的電阻是4Ω?！窘獯稹拷猓河深}可知電動機的電功率為：P電＝UI＝110V×5A＝550W，電動機的機械功率為：P機＝＝＝Fv＝Gv＝500N×0.9m/s＝450W，電動機消耗的電能等于產生的機械能與內能之和，即電動機的電功率等于機械功率與熱功率之和，則熱功率為：P熱＝P電﹣P機＝550W﹣450W＝100W，由P熱＝＝＝I2R可得，電動機線圈的電阻為：R＝＝＝4Ω。答：電動機線圈的電阻是4Ω。3.（2022?鄞州區(qū)校級模擬）某一用直流電動機提升重物的裝置，如圖所示，重物的質量為50kg，電源電壓為110V，不計電源電阻及各處摩擦。當電動機轉動，使物體以0.9m/s的速度勻速上升時，電路中的電流大小為5A。則電動機線圈的電阻大小為4Ω?！敬鸢浮?Ω【解答】解：物體受到的重力為：G＝mg＝50kg×10N/kg＝500N，電動機輸出的機械功率為：P輸出＝＝＝Gv＝500N×0.9m/s＝450W，電動機的電功率為：P＝UI＝110V×5A＝550W，電動機線圈的發(fā)熱功率為：P熱＝P﹣P輸出＝550W﹣450W＝100W，根據(jù)P＝I2R可得，電動機線圈的電阻為：R＝＝＝4Ω。故答案為：4Ω。4.（2020.西湖區(qū)一模）某電動玩具汽車部分參數(shù)如下圖所示：電動機線圈電阻1歐電池電壓12伏額定電流2安（1）電動機正常工作1分鐘，消耗多少電能？（2）電動機正常工作時的機械功率是多少？（3）假定電池的輸出電壓恒定不變，若玩具汽車被障礙物卡住，電動機停止旋轉，則持續(xù)通電一分鐘會產生多少熱量？【答案】（1）1440J（2）20W（3）8640J【解析】（1）由表中數(shù)據(jù)知，電動機正常工作時電壓U=12V，通過的電流I=2A，所以1min消耗電能：W=UIt=12V×2A×60s=1440J；（2）電動機正常工作消耗電能的功率：P=UI=12V×2A=24W，電動機線圈電阻，正常工作產生熱功率：P熱=I2R=（2A）2×1Ω=4W，電動機工作時，消耗的電能轉化為機械能和內能，所以正常工作時的機械功率：P機械=P-P熱=24W-4W=20W；（3）電動機停止轉動還持續(xù)通電時，消耗電能全部轉化為內能，一分鐘產生熱量：Q=W=（U2/R）t=[（12V)2/1Ω]×60s=8640J。5.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)為1安。當S閉合時，電流表讀數(shù)為3安。問：（1）電阻R為多少？（2）電動機的機械功率為多少？（3）電動機工作2分鐘，電動機線圈產生了多少熱量？【答案】（1）電阻R為10Ω。（2）電動機的機械功率為18W。（3）電動機工作2分鐘，電動機線圈產生的熱量為240J?！窘馕觥浚?）從圖可知，當S斷開時，電路中只有電阻R有電流通過，∵電源電壓為：U=10V，IR=1A，∴電阻R的阻值為：R=U/IR=10V/1A=10Ω。（2）當S閉合時，電阻R和電動機M并聯(lián)，∵I=3A，IR=1A，∴通過電動機M的電流為：IM=I-IR=3A-1A=2A，而U=10V，∴電動機M的總功率為：P=UIM=10V×2A=20W，又∵RM=0.5Ω，∴電動機M的發(fā)熱功率為：P熱=IM2RM=（2A）2×0.5Ω=2W，則電動機的機械功率為：P機械=P-P熱=20W-2W=18W。（3）∵t=2min=120s，∴電動機線圈產生的熱量為：Q=P熱t(yī)=2W×120s=240J。6.（2020.上城區(qū)一模）近期一些餐廳的出現(xiàn)了用送餐機器人進行無接觸配送，其運動依靠底部電動機帶動。已知電動機線圈為銅制，比熱容為0.4×103J/（Kg·℃），整個線圈質量為0.2kg，產生的熱量有80%轉化為線圈的內能，電動機與電表串聯(lián)后接在24V直流電源上工作，閉合開關后發(fā)現(xiàn)機器人并未運動，這時電流表示數(shù)為8A。檢查發(fā)現(xiàn)電動機的齒輪被卡住了，排除故障后，正常工作時電流表的讀數(shù)為1A。忽略所有摩擦，計算（1）電動機線圈的阻值；（2）電動機正常工作時的效率；（3）不考慮線圈與其他材料之間的熱傳遞，在卡住的1分鐘內線圈的溫度會升高多少？【答案】（1）3Ω（2）87.5%（3）115.2℃【解析】（1）電動機沒有轉動時是純電阻用電器，由I=U/R可得，電動機線圈的電阻：R=U/I=24V/8A=3Ω；（2）電動機正常工作時是非純電阻用電器，此時電動機的功率：PM=UI′=24V×1A=24W，電動機線圈電阻的熱功率：P熱=（I′）2R=（1A）2×3Ω=3W，正常轉動時電動機的機械功率：P機械=PM-P熱=24W-3W=21W，所以電動機正常工作時的效率：η=W機/W電×100%=P機械t/PMt×100%=P機/PM×100%=21W/24W×100%=87.5%；（3）卡住的1分鐘內電流通過線圈產生熱量：Q=I2Rt=（8A）2×3Ω×60s=11520J，由題意知，轉化為線圈的內能：Q'=80%Q=80%×11520J=9216J，由Q=cm△t可得，線圈的溫度會升高的溫度：△t=Q′/cm=9216J/0.4×103J/（kg?℃）×0.2kg=115.2℃。7.（2023?定海區(qū)三模）如圖是某種鋰電池的部分參數(shù)，小舟同學將電池安裝到遙控車上，進行花樣賽車訓練。已知小車質量為0.5千克，行駛時功率為2W，電動機效率為80%（表中“Ah”讀作“安時”，2Ah表示該電池在4V電壓下能以2A的電流放電1小時）。（取g＝10N/kg）求。名稱：充電式鋰電池容量：2Ah標稱電壓：4V充電模式：恒流/恒壓……（1）該電池充電一次可以儲存的最大能量是。（2）造成電動機效率不能達到100%的原因可能是。（3）充滿電一次，可供小亮同學訓練多少小時？【解答】解：（1）該電池在4V電壓下能以2A的電流放電時間：t＝1h＝3600s；充電一次可以儲存的最大能量是：W＝UIt＝4V×2A×3600s＝28800J；（2）電動機是將電能轉化為機械能的裝置，電動機的效率為機械功與總功的比值，電動機因線圈存在的電阻，所以電動機工作時，效率不可能達到100%；（3）電能轉化成的機械能W有用＝ηW＝80%×28800J＝23040J；車行駛的功率P＝2W，可供小亮訓練時間：t'=8.如圖所示利用小型發(fā)電機給工廠中的電動機和燈泡供電，發(fā)電機的輸出功率為1kW，輸電電壓為250V，發(fā)電