第15讲：《电动机》

1、第15讲电动机知识讲解丿、电动机1. 电动机定义：主要将电能转化为机械能装置。2. 电动机的主要结构：转子（线圈铜导线制成，有一定的电阻）、定子（一般为永磁体）、换向器。3. 电动机工作原理：通电线圈在磁场受力转动。4. 电动机内阻：线圈的电阻。5. 电动机中能量转化示意图电麗（%）申.功杆-干转胡昭机琉尹再专.% Q 电动机将电能转化为内能和机械能；将电能转化内能功率称为电动机的热功率，将电能转化为 机械能功率称为机械功率或输出功率，电动机消耗能电能的功率称为电动机的电功率或消耗功率。 能量转化原理：线圈存在一定的电阻，电流流过线圈的时候由于电流的热效应就会产生热量； 通电导体在磁场中受到力

2、的作用，线圈转动就将电能转化成机械能。P热| 2 R ；根据能量守 电动机功率的计算：P UI （正常工作时唯一计算公式）热功率计算:恒可以得出机械功率计算：P机P P热。W机电动机的效率：100%W电电池容量1. 电池容量：电池容量是衡量电池性能的重要性能指标之一，它表示在一定条件下电池放出的电量,即电池的容量，通常以安培 小时为单位（简称：安时，以A H表示）。2. 常用单位：毫安时；单位换算：1A H=1000mAH。3. 1A-H表示的意义：在额定电压下，放电电流为 1A的时候，该电源可持续放电一个小时。4. 电池储存电量的计算： W UIt （ U ：表示电源电压， I ：表示放电电

3、流， t ：表示放电时间）课堂精讲题型一：【例1】电动机的基础计算小莹组装了一台直流电动机模型，她将电动机模型接入如图甲所示的电路中，已知电源电压U=3V并保持不变，线圈电阻 R=1.5Q，接通电路后，电动机正常转动，电流表读数l=0.8A，摩擦不计，求(1)(2)(3)请画出电动机正常工作时的能量转化图电动机正常转动1min消耗的电能W和线圈产生的热量Q; 电动机输出的机械功率 P ;电动机能量利用率n.(1)略(2) 144J, 57.6J ,( 3) 1.44W (4) 60%【变式训练】【答案】|1. 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

4、一部分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) 已知电流通过导体产生的热量Q=I2R 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0.4 Q,则线圈每分钟产生多少热量？(3) 这台电动机每分钟所做的机械功是多少？(4) 这台电动机的机械效率是多少？【答案】(1) 6.6 105J.( 2) 6.0 104J.( 3) 6.0 X05J.( 4) 90.9%2. 如图，电动机M的线圈电阻为0.5欧，当S断开时，电流表读数1安当S 闭合时

5、，电流表读数3安问：(1) 电阻R为多大？(2) 电动机的机械功率为多大？(3) 电动机工作2分钟，电动机线圈产生了多少热量？【答案】(1) 10Q.( 2) 18W( 3) 240J3. 加在某电动机上的电压是 U，电动机消耗的电功率为 P，电动机线圈的电阻为 r，则电动机线圈上消 耗的电热功率？P2r【答案】P热题型二：电动机非常正常工作与正常工作的混合计算【例2】某同学根据如图所示电路进行实验，先用夹子夹住电动机转轴使其不能转动，闭合开关S,移动滑动变阻器滑片，记下电压表读数和电流表读数；后松开夹子，使电动机转轴转动，移动滑动变阻器 滑片，记下电压表读数和电流表读数.数据记录如表：/U

6、(V)I (A)W (J)Q (J)不转动0.20.2W1Q1转动3.01.2W2Q2利用如表数据计算和分析：(1) 电动机不转动时，通电 10S,电动机所做的电功 Wi和所产生的热量 Qi.(2) 电动机转动时，通电10S,电动机所做的电功 W2和所产生的热量 Q2.【答案】(1)电动机所做的电功为 0.4J，所产生的热量 Qi是0.4J; ( 2)电动机转动时，通电10s,电动 机所做的电功率 W2是36J,所产生的热量 Q2是14.4J;( 3) W1=Q1, W2 Q2,电动机未转动时， 电流经线圈时电能全部转化为热能，因此W1=Q1;电动机转动时，电流流经线圈时电能一部分转化为机械能

7、，另一部分转化为热能，因此W2 Q2.【变式训练】1.小金想挑选一个能量转换效率高的小电动机，装载到模型上参加校科技节电动船竞速比赛于是自己 动手探究，步骤如下：步：将小电动机和电流表串联接入电路(如右图)； 步：用尖嘴钳卡住小电动机的转轴，使其不转动； 步，将尖嘴钳拿走，使小电动机正常转动； 步：分别将上述两种情况的有关数据记录在表格中.(1)(2)【答案】电动机两端的电压(伏特)电动机工作状态通过电动机的电流(安培)3.0不转动2.03.0正常转动0.2请利用所学的知识回答下列问题(列式计算)：1分钟内电流通过电动机正常转动时产生的热量是多少？ 这个小电动机正常工作时电能转化为机械能的效率

8、是多少?(1) 1分钟内电流通过电动机正常转动时产生的热量是 能转化为机械能的效率是90% .3.6J ；( 2)这个小电动机正常工作时电2.如图为某些型号玩具电动机的工作电路图，电动机名牌上标有“ 闭合的瞬间，电动机尚未转动，此时通过电动机的电流称为启动电 为了保护电动机，启动电流不得超过 2A，求：启动时，变阻箱 R的阻值至少多大？当电动机启动后，再次调节变阻箱 R,使电动机进入正常工作 此时R消耗的电功率为多大？6V 6W，线圈电阻2 Q”字样，当开关 流，(1)(2)状态,【答案】12V(1)启动时，变阻箱 R的阻值至少 4Q;( 2)此时R消耗的电功率为 6W.流表示数为1A，求：(

9、1) 电动机正常工作时输出功率为多大？(2) 电动机突然卡住后的热功率为多大？【答案】(1)2.5W( 2)18W4. 一台直流电动机线圈电阻 r= 1 Q,与一阻值R = 10 Q的电阻串联，当所加电压U = 150V，电动机正常工作时电压表示数100V，求(1) 电动机正常工作时电阻 R的电压和电流；(2) 电动机正常工作时电动机消耗的电功率及输出的机械功率.(3) 当电动机转子突然被卡住，此时电动机的发热功率.【答案】(1)通过电动机的电流为5A ; ( 2)输入到电动机的功率475W .( 3)被卡住，电动机的热功率为185WR (r u(EHP入是500W ;电动机输出的机械功率题型

10、三：电动机的应用【例3】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=O.lm/s的恒定速度向上提升重物时，电路中的电流I=2A (g 取 ION/kg)(1) 电动机线圈的电阻 R是多少？(2) 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？【答案】(1)电动机线圈的电阻 R是10Q;( 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0.2m/s .【例4】小梦每天骑电动自行车去上学，该车使用“48V , 20A h”的蓄电池，电机额定功率为480W，整车

11、质量为80kg。(1) 小梦的质量是60kg，车轮接触地面的总面积 0.01m2,那么小梦骑着电动自行车行驶在水平公 路时，整车对地面的压强是多大？(g= 10N/kg )(2) 若电动机机械功率为 75%，则电动机内阻为多少(3) 在电动机额定功率下蓄电池的放电时间(提示：20A h指电池容量，可以理解为：若输出电 流20A，可以持续放电1h)。(4) 在额定功率下，电动车在水平公路上的行驶速度为18km/h，求电动车受到的阻力【答案】(1)整车对地面的压强是 1.4 105Pa；( 2)电机内阻1.2Q;( 3)在额定功率下蓄电池的放电时 间2h ;( 4)电动车受到的阻力为 72N【变式

12、训练】1.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1.5 Q,电动机正常工作时，通过线圈电流 不计绳的重力和一切摩擦.物体上升20s的过程中.求：(1) 电流通过线圈产生的热量；(2) 提升物体的有用功；2A，物体质量540g，以10m/s匀速上升,(3) 电压表读数；(4) 电动机工作效率.【答案】(1)电流通过线圈产生的热量为120J;( 2)提升物体的有用功为1080J ；( 3)电压表读数为30V;(4)电动机工作效率为90% .2. 桥式起重机是利用电动卷扬机和滑轮组工作。已知电动卷扬机工作电压为380V，某提升物体时通过

13、的电流为5A，动滑轮重 500N，被提升的物体M重为2500N，卷扬机拉着物体M以0.5m/s的速度匀速上升15m 不计钢丝绳的重、绳与滑轮的摩擦，求：(1) 此滑轮组提升重物的机械效率是多少？(2) 提升过程中电动卷扬机线圈产生了多少热量？(3) 该电动卷扬机线圈的电阻是多大？【答案】(1)此滑轮组提升重物的机械效率为83.3% ;(2) 提升过程中电动卷扬机线圈产生了1.2 X104J热量；(3) 该电动卷扬机线圈的电阻是16QO3.用如图甲所示的滑轮组提升物体M,已知被提升的物体 M重为720N,卷扬机加在绳子自由端的拉力F将物体M以0.5m/s的速度匀速提升到10m的高度，拉力做的功

14、W随时间t的变化图象如图乙所 示，不计钢丝绳的重、摩擦力大小。求：(1) 在这个过程中卷扬机做的有用功是多少？(2) 滑轮组提升重物的机械效率是多少？(3) 拉力F和动滑轮的重各是多少？【答案】(1)滑轮组提升重物所做的有用功是7200J;甲乙(2)滑轮组提升重物的机械效率是90% ;(3)拉力F为400N ;动滑轮的重力是 80N4.如图所示，两轮自平衡电动车作为一种新兴的交通工具，倍受年轻人的喜爱，下表是某型号两轮自平衡电动车的主要技术参数，求：(1) 该电动车在额定功率下行驶时的电流；(2) 锂电池能量利用效率为80%，锂电池充足一次电后，电 动车在额定功率下行驶的最长时间为多少小时；(

15、3) 锂电池充足一次电所消耗的电能，若用热值为7.2 107J/kg 的某新型燃料提供，至少所需的燃料质量。【答案】(1)该电动车在额定功率下行驶时的电流10A ;(2) 电动车在额定功率下行驶的最长时间为0.96h;(3) 所需的燃料质量为 0.0288kg题型四：电动机证明及符号运算整车质量20kg锂电池电压48V锂电池容量12A?h电动车额定电压48V电动机额定功率480W【例5】如图是小金研究电动机转动是否对小灯泡的亮度有影响的电路图，开始小金先抓住转轴合上开关,观察小灯泡的亮度，接着放开转轴让电动机转动，继续观察小灯泡亮度的变化(已知：小灯泡的电阻为R,电动机线圈电阻为 r,电源电压

16、为U)，由此请你回答：(1) 在电动机未转动时，t时间内电流在电路中产生的热量为 (填写表达式)；(2) 在电动机转动时，电流所做的功 电流在电路中产生的热量(选填“大于”“等于”或“小于”)；(3) 小金判断电动机转动后小灯泡会更亮，你认为小金的判断正确吗？并根据学过的知识给以解 释。【答案】(1)(2)大于1卡R-7UI转P几I转(R r)由以上推导可知电动机由卡住到转动，电路中电流会变小，根据2P I R可知小灯功率变小，亮度变小【变式训练】1.如图所示，滑轮一边吊了一个正在以v 米/秒匀速向下运动的质量为 m千克的砝码，另一边吊在发电机的转轮上，整个装置绳重、摩擦不计、发电机 外部 连

17、接导线电阻也忽略不计，额定电压为U0伏特的普通灯泡正常工作，此时灯泡中电流大小为10安培，10N/kg用g表示.问：(1) 发电机正常发电时需要的机械功率为多大？(2) 发电机线圈电阻为多大？(3) 发电机的机械效率为多大？Uo Io【答案】发电机线圈电阻为为mgv U o Io ；;(3 )发电机的机械效率为效率为:I2mgv2. 如图是一电动机通过动滑轮提升重物的装置示意图。电动机将质量为m的重物匀速提升的高度为h,在提升过程中，电路中的电流为I，动滑轮的机械效率为 n假设电源电压阻为R,不考虑电动机各处摩擦。求：(1) 电动机所施加的拉力 F做的功；(请用题干所给的字母表示，下同)(2)

18、 电动机所施加的拉力 F;(3) 试从能量转化和守恒的角度，求电动机提升重物所用的时间。【答案】(1)电动机所施加的拉力 F做的功为;U保持不变，电动机线圈电mg(2)电动机所施加的拉刀为；2(3)由动机提升重物所用的时间为mghUII 2 R课后练习1. 一台额定电压为220V的电动机，正常工作时通过的电流为5A，发热损失的功率为 25W，则其线圈电阻是（）B . 5QC. 44 QD . 1100 Q【答案】A2.加在某电动机上的电压是U,电动机消耗的电功率为P,电动机线圈的电阻为r,则电动机线圈上消耗U 2P2rA . PB.C.2rU 2的电热功率为（）P2 r【答案】C3. 一只电炉

19、的电阻丝和一台电动机线圈电阻相同，都为贝恠相同的时间内，下述说法中不正确的是（）A. 电炉和电动机产生的电热相等B. 电动机消耗的功率大于电炉消耗的功率R。设通过它们的电流相同（电动机正常运转），C. 电炉两端电压小于电动机两端电压D .电炉和电动机两端电压相等【答案】D4. 如图是一个玩具汽车上的控制电路，其电动机上的线圈电阻为 1 Q,保护电阻R为4 Q当闭合开关S后,电动机工作，两电压表的示数分别为6V和2V，则电路中的电流 A，电动机的功率为 W ,电动机的机械效率为 .【答案】0.5, 2, 87.5%第4题5. 如图所示，电源电压恒为 12V，闭合开关S,当滑动变阻器的阻值为 10

20、 Q时，电压表的示数为10V，此 时电动机正常工作，则滑动变阻器消耗的功率是 W.若电动机内部线圈的电阻为2Q,则通电5min电流通过电动机内部线圈产生的热量是 J.这段时间电动机将电能转化为机械能的效率为【答案】0.4, 24, 96%6. 电动机（如图）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40A .问：（1） 若该电动机线圈的电阻是 0.4 0,则线圈每分钟产生多少热量？（2）这台电动机的效率是多少？【答案】（1）线圈每分钟产生的热量为38400

21、J; （ 2）这台电动机的效率是92.7%7. 小胡有一个电脑插入式微型吸尘器，正常工作时电压为Ui= 4V，工作电流是li= 1.0A，若把它接入电压为U2= 0.4V的电路时，电动机不转，测得此时流过电动机的电流是l2 = 0.4A，求：(1) 电动机正常工作时的输出功率；(2) 吸尘器的效率；(3) 如果电动机正常工作时，转子突然被卡住，电动机此时的发热功率(设此时线圈未被烧坏)。【答案】(1)电动机正常工作时的输出功率为3W ; ( 2)吸尘器的效率为 75% ; ( 3)如果电动机正常工作时，转子突然被卡住，电动机此时的发热功率为16W8. 如图所示是一直流电动机提升重物的装置。已知

22、重物质量m= 50kg，电源电压U = 110V保持不变，电动机线圈的电阻 R = 4Q,不计各处摩擦，当电动机以某一速度匀 速向上提升重物时，电路中的电流 1 = 5A ( g= 10N/kg )。求:(1) 电源的输出功率；(2) 电动机线圈电阻 R的发热功率；(3) 试从能量转化和守恒的角度，求重物上升的速度大小。【答案】(1)电源的输出功率为 550W (2)电动机线圈电阻 R的发热功率为100W ( 3)重物上升的速度为 0.9m/s。9. 某同学对录音机中的小电动机用题图所示电路进行实验研究。闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，当电压表的示数为 0.40V时，电流表的示数为 0.20A

23、，此时电动机未转动。当电压表的示数为2.0V时,电流表的示数为0.30A，此时电动机匀速转动，求：(1)电动机线圈的电阻；(2 )电动机转动时消耗的电功率；(3) 电动机转动时产生的机械功率。【答案】(1)电动机线圈的电阻为2Q；( 2)电动机转动时消耗的电功率为0.6W ； ( 3)电动机转动时产生的机械功率为0.42W41210.4甲010. 用12V的电源为微型电动机供电的电路如图(甲)所示。当 单刀双掷开关S1、S2均向上合上时，电动机开始转动，电流 I随时间t变化的图象如图(乙)所示。当电流稳定时，电动 机正常工作。已知电动机转动时欧姆定律不适用，并忽略温 度对电阻的影响，试解答下列

24、问题。(1)(2)当单刀双掷开关S1、S2合上时可实现电动机的反转。当电动机正常工作时，电动机消耗的电功率为 W。(3)求电动机的电阻及正常工作时的输出功率。【答案】(1)均向下；(2) 4.8 ； ( 3)电动机的电阻为10 Q,正常工作时的输出功率为3.2W。11. 2013年我国将发射携带有电动月球车的“嫦娥三号”探月卫星。该车总质量为120千克。该车使用的是电压为100伏的原子能电池，工作电路如图所示，测得电动机的两端的电压为80伏，电流表读数为L-Lrl_|孑一2安，月球车把电能转化为机械能的效率为40%.(已知同一物体在月球上的重力只有地球上的六分之一)(1)图中滑动变阻器接入电路

25、的阻值为多少？电动机工作90天(这里是以地球上计算的天数)消耗的电能是多少千瓦时？ 假定月球车在水平月面上做匀速直线运动，所受的阻力是总重的0.4倍，则该车运动的速度是多少？(g取10N/kg)【答案】(1)图中滑动变阻器接入电路的阻值为10Q;电动机工作 90天消耗的电能是 345.6kW?h;(2)该车运动的速度是1m/s12. 市场上流行着这样一款风速可调的风扇帽子(如图)，深受中小学生欢迎。小陈观察发现其实这就是 一个小型电动机。已知：该电动机线圈电阻为r,电源电压为U，风扇以最大转速工作时，通过的电流是这个电动机可以调节风速，一定还有一个元件是 风扇以最大转速工作时，电动机的机械效率

26、是多少？ 按住扇叶一段时间，再放开，发现风扇没动。仔细检查发现，电动机已烧(1)(2)(3)小陈疑惑：转都没转怎么就烧毁了！请帮助推导分析原因。毁。【答案】(1)滑动变阻器；(2)风扇以最大转速工作时，电动机的机械效率为n=U-Ir(2)如果电动机停转后，此时电动机为纯电阻电路，通过电动机电流为U2t，且此时电路中电流：I1 =T转化为内能，所以：W = Q,即有：Ulit =电动机转动时，通过电动机电流为I2,将电能转化为机械能和内能，所以电流通过电动机将电能全部I1,UW Q,即有：UI2t2 2rt ,所以I2V，故：|1 12,即不转时电流增大，由 P热=l2r知发热功率会大大增加，有烧毁的