高二物理题-含电动机电路分析

1、1一台小型电动机在 3V电压下工作，用此电动机提升所受重力为4N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：电动机的输入功率 P入=UI = 0.2 X 3 W = 0.6 W.电动机提升重物的机械功率P机=Fv = (4 X 3/30) W = 0.4 W.根据能量关系 P入=P机+ Pq,得生热的功率 Pq = P入一P机=(0.6 0.4)W = 0.2 W.所生热量 Q = PQt = 0.2X 30 J=

2、 6 J.(3)根据焦耳定律 Q= l2Rt，得线圈电阻R= Q = 0 22 30站5 Q.2、如图所示，已知电源电动势E=20V，内阻r=l Q,当接入固定电阻 R=4 Q时，电路中标有“ 3VD都恰能正常工作试求:6W的灯泡L和内阻Rd=0.5 Q的小型直流电动机(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)灯泡L正常发光，电路中的电流为 由闭合电路欧姆定律可求得，电动机的额定电压为Ud=E I(r+R) Ul=20 2 X( 1+ 4) 3 = 7V电动机的总功率为 P总=IUd = 2 X7= 14WUl2A电动机的热功率为P热=I2Rd=

3、220.5=2W所以电动机的输出功率为 P出=P总一P热=14 2= 12W3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rA =2 Q,当S1闭合、S2、S3断开时，电流表 A示数为6 A;当S2闭合、$、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 = R得R= * = 2 Q,其发热功率为 Pr =Ul1= 12X 6

4、W = 72 W.(2)电动机为非纯电阻元件，由能量守恒定律得Ul2= I1 2m + P 输出，所以 rM =UI 2 P输出i2=12X 5 3552Q.电解槽工作时，由能量守恒定律得：P化=Ul3 |3a所以P化=(12 X 4 4冬2) W = 16 W.【答案】(1)2 Q 72 W (2)1 Q (3)16 W4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愆电阻R= 3愆重物质量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 速度大小(不计摩擦，g取10 m/

5、s2).E u解析：设电动机内阻为r 当将重物固定时1 = EU = 1 ArR+ r = U = 5 Q, r= 2 Q当重物不固定时 I= U = 0.5 Alr2P出=UI = 2.75 W , Pr+ Pr- = l (R+ r ) = 1.25 W5.5 V，求重物匀速上升时的所以重物的功率 P= P出一Pr Pr = mgv解得v= 1.5 m/s 答案：1.5 m/s5. (10分)在图2 28所示电路中，电源电动势 E = 6 V，内阻r= 1 QD为直流电动机，其 电枢线圈电阻 R= 2 Q限流电阻R= 3 Q当电动机正常工作时，电压表示数为0.3 V .求:解析：S断开时外

6、电路为纯电阻电路，电路中电流A = 4 A.路端电解得电源电动势 E= l(Ri + 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R1支路外，另一支路负载为电动机，R1支路中的电流11 = 压 U = l1R1 = 4X19 V = 76 V.由 I = E-U= 100 76 A = 24 A 可知，电动机支路的电流 l2= (244) A = 20 A.电动机输入的电功率 P2= I2U = 20 76 W = 1 520 W;电动机中的热功率 P耗=1朱2= 2020.5 W = 200 W;因此电动机转化为机械能的功率P机=I2U l2R2

7、= 1 320 W.答案: 1 320 W7. 如右图所示，电源的电动势是6 V，内电阻是0.5 R小电动机M的线圈电阻为0.5 ,限流电阻R0为3 R若电压表的示数为 3 V，试求：(1) 电源的功率和电源的输出功率；(2) 电动机消耗的功率和电动机输出的机械功率.【解析】(1)由题意和部分电路欧姆定律可知I = UR0= 3 A = 1 A.电源的功率 P电=El = 6X1 W = 6 W电源的输出功率 P出=P电一I2r = 6 W 0.5 W = 5.5W.电动机消耗的功率 Pm = IUm = I(E lr UR) = 2.5 W电动机输出的机械功率 P机=Pm l2r = 2.5

8、 W 0.5 W = 2 W.【答案】(1)6 W 5.5 W (2)2.5 W 2 W&如下图所示，电源电动势为12 V，内电阻为r = 1愆R1= 1莒R2 = 6 R电动机线圈电阻为0.5傢若开关闭合后通过电源的电流为3 A，则R1上消耗的电功率为多少？电动机消耗的电功率为多少？解析： R1上消耗的功率 P1= I2R1 = 9X W = 9 W电动机两端的电压 U= E I(R1+ r) = 12 V 3X(1 + 1) V = 6 V通过R2的电流为l1= U = 6 A = 1 A通过电动机的电流为l2= I I1 = 2 AR26故电动机消耗的电功率为P2= I2U = 2X5

9、W = 12 W.答案： 9 W 12 W9. 规格为“ 220 V,36 W的排气扇，线圈电阻为40莒求：(1) 接上220 V的电压后，排气扇转化为机械能的功率和发热的功率；(2) 如果接上电源后，扇叶被卡住，不能转动，求电动机消耗的功率和发热的功率.P 3612.解析：(1)排气扇在220 V的电压下正常工作时的电流为1= u = 220 A 0.16 A ,发热功率为P热=I2R= (0.16)2 40 W疋1 W化为机械能的功率为P机=P P热=36 W 1 W=35 W.扇叶被卡住不能转动后，电动机成为纯电阻用电器，电流做功全部转化为热能，此时电U 220动机中电流为1= R =

10、40 A = 5.5 A，电动机消耗的功率即电功率等于发热功率.卩龟=P热=UI = 220X5.5 W = 1 210 W.答案： (1)35 W 1 W (2)1 210 W 1 210 W10. 如图所示，已知电源电动势E = 20 V ,中标有“3 V,6 W的灯泡L和内阻Rd= 0.5内阻r =1 Q当接入固定电阻 R=4 Q时，电路 喲小型直流电动机 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.解析：(1)灯泡L正常发光，电路中的电流为1 = Pl/Ul= 6 A = 2 A.由闭合电路欧姆定律可求得，电动机的额定电压为Ud

11、= E - I(r + R) Ul = 20 V - 2 X1 + 4) V - 3 V = 7 V.(3) 电动机的总功率为 P总=IUd = 2 X7 W = 14 W电动机的热功率为 P热=I2Rd = 220.5 W = 2 W所以电动机的输出功率为P出=P总一P热=14 W - 2 W = 12 W.答案：(1)2 A (2)7 V (3)12 W11如图所示，电源电动势为E= 30 V，内阻为r = 1 Q电灯上标有6 V 12 W ”字样，直流电动机线圈电阻 R= 2 Q若电灯恰能正常发光，求电动机输出的机械功率.|一迪解析：由电灯恰能正常发光知：I = _ =12 A = 2

12、A.U 灯 6|则电动机两端电压 U = E- Ir- U灯=22 V.所以电动机的输出功率 P = UI - I2R= 36 W.答案：36 W12.如图所示，电源的电动势 E = 110 V，电阻R1= 21 Q,电动机的电阻 R0= 0.5 Q,开关 S1始终闭合。当开关 S2断开时，电阻R1的电功率是525 W;当开关S2闭合时，电阻 R1的电功率是336 W，求:(1)电源的内电阻;当开关S2闭合时流过电源的电流和电动机的输出功率。9 .答案：(1)1 Q (2)26 A 1 606 W2解析：(1)电键S1闭合，R1的电功率525 W = 2云，U1 = 105 V。E U1 =

13、R1,E - U1 R1110- 105 X21=Q=1 QU12. . E - U1 110-84336 W = 21 q, U1 = 84 V。流过电源电流 1 = 一r=一1A = 26 A。84Im = I - IR1 = (26 -21)A = 22 A 电动机的输入功率 P入=U1mI= 84 X22 W =U1电键S2闭合时,通过电动机的电流1 848 WP 出=P 入一IMR0= 1 848 W-222X0.5 W = 1 606 W。电动机的输出功率14. (16分)某一直流电动机提升重物的装置如图7所示，重物的质量 m=50 kg,电源提供的电压U = 110 V,不计一切

14、摩擦.当电动机以 v = 0.9 m/s的恒 定速度向上提升重物时，电路中的电流1 = 5.0 A,(2)用此电动机提升质量为 m= 20 kg的重物，电动机的输入功率不变，提升速度是多少？ (g取10 m/s2)解析(1)由题意可知，电动机输入的电能一部分转化为线圈的内能，一部+ mgv解得:R= U -鞘110 50X 10X 0.9Q= 4.0 Q.由 UI = l2R+ m gv得vUI - I2R 110X 5-52X 4.0m g 20X 10m/s= 2.25 m/s.分对外输出转化为被提升重物的机械能，由能量的转化和守恒定律可得：UI = I2R答案 (1)4.0 Q (2)2.25 m/s(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1 = U得：I = 0.3 A = 0.1 A.R3由 E= lr + U + Ud可得电动机两端电压Ud = E lr U = 6 V 0.