高二物理题-含电动机电路分析

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0.2A。在30s内可使该物体被匀速提升3m。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30s内，电动机线圈所产生的热量；(3)线圈的电阻。解析：(1)电动机的输入功率P入＝UI＝0.2×3W＝0.6W.(2)电动机提升重物的机械功率P机＝Fv＝(4×3/30)W＝0.4W.根据能量关系P入＝P机＋PQ，得生热的功率PQ＝P入－P机＝(0.6－0.4)W＝0.2W.所生热量Q＝PQt＝0.2×30J＝6J.(3)根据焦耳定律Q＝I2Rt，得线圈电阻R＝eq\f(Q,I2t)＝eq\f(6,0.22×30)Ω＝5Ω.2、如图所示，已知电源电动势E=20V，内阻r=lΩ，当接入固定电阻R=4Ω时，电路中标有“3V,6W”的灯泡L和内阻RD=0.5Ω的小型直流电动机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．19（12分）⑴灯泡L正常发光，电路中的电流为⑵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×（1＋4）－3＝7V⑶电动机的总功率为P总＝IUD＝2×7＝14W电动机的热功率为P热＝I2RD＝22×0.5＝2W所以电动机的输出功率为P出＝P总－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＝12V，电解槽内阻rA＝2Ω，当S1闭合、S2、S3断开时，电流表A示数为6A；当S2闭合、S1、S3断开时，A示数为5A，且电动机输出功率为35W；当S3闭合、S1、S2断开时，A示数为4A．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＝eq\f(U,R)得R＝eq\f(U,I1)＝2Ω，其发热功率为PR＝UI1＝12×6W＝72W.(2)电动机为非纯电阻元件，由能量守恒定律得UI2＝Ieq\o\al(2,2)rM＋P输出，所以rM＝eq\f(UI2－P输出,I\o\al(2,2))＝eq\f(12×5－35,52)Ω＝1Ω.(3)电解槽工作时，由能量守恒定律得：P化＝UI3－Ieq\o\al(2,3)rA所以P化＝(12×4－42×2)W＝16W.【答案】(1)2Ω72W(2)1Ω(3)16W4．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＝6V，电源内阻r＝1Ω，电阻R＝3Ω，重物质量m＝0.10kg，当将重物固定时，电压表的示数为5V，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5.5V，求重物匀速上升时的速度大小(不计摩擦，g取10m/s2)．解析：设电动机内阻为r′当将重物固定时I＝eq\f(E－U,r)＝1AR＋r′＝eq\f(U,I)＝5Ω，r′＝2Ω当重物不固定时I′＝eq\f(E－U,r)＝0.5AP出＝UI′＝2.75W，PR＋Pr′＝I′2(R＋r′)＝1.25W所以重物的功率P＝P出－PR－Pr′＝mgv，解得v＝1.5m/s答案：1.5m/s5．(10分)在图2－28所示电路中，电源电动势E＝6V，内阻r＝1Ω.D为直流电动机，其电枢线圈电阻R＝2Ω，限流电阻R′＝3Ω.当电动机正常工作时，电压表示数为0.3V．求：(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I＝eq\f(U,R′)得：I＝eq\f(0.3,3)A＝0.1A.(2)由E＝Ir＋U＋UD可得电动机两端电压UD＝E－Ir－U＝6V－0.1×1V－0.3V＝5.6V所以电动机输入的电功率P入＝UDI＝0.56W.电动机的发热功率P热＝I2R＝0.02W.电动机的输出功率P出＝P入－P热＝0.54W.答案：(1)0.1A(2)0.56W0.02W0.54W6．如图所示电路，电炉电阻R1＝19Ω，电动机电阻R2＝0.5Ω，电源内阻r＝1Ω.当开关S断开时，电炉消耗的电功率为475W，S接通、电动机正常运转后，电炉消耗的电功率为304W．求电动机转化为机械能的功率．解析：S断开时外电路为纯电阻电路，电路中电流I＝eq\r(\f(P1,R1))＝eq\r(\f(475,19))A＝5A，由此可＝UI′＝220×5.5W＝1210W.答案：(1)35W1W(2)1210W1210W10．如图所示，已知电源电动势E＝20V，内阻r＝1Ω，当接入固定电阻R＝4Ω时，电路中标有“3V,6W”的灯泡L和内阻RD＝0.5Ω的小型直流电动机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I＝PL/UL＝eq\f(6,3)A＝2A.(2)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＝20V－2×(1＋4)V－3V＝7V.(3)电动机的总功率为P总＝IUD＝2×7W＝14W电动机的热功率为P热＝I2RD＝22×0.5W＝2W所以电动机的输出功率为P出＝P总－P热＝14W－2W＝12W.答案：(1)2A(2)7V(3)12W11．如图所示，电源电动势为E＝30V，内阻为r＝1Ω，电灯上标有“6V，12W”字样，直流电动机线圈电阻R＝2Ω.若电灯恰能正常发光，求电动机输出的机械功率．解析：由电灯恰能正常发光知：I＝eq\f(P,U灯)＝eq\f(12,6)A＝2A.则电动机两端电压U＝E－Ir－U灯＝22V.所以电动机的输出功率P＝UI－I2R＝36W.答案：36W12．如图所示，电源的电动势E＝110V，电阻R1＝21Ω，电动机的电阻R0＝0.5Ω，开关S1始终闭合。当开关S2断开时，电阻R1的电功率是525W；当开关S2闭合时，电阻R1的电功率是336W，求：(1)电源的内电阻；(2)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)1Ω(2)26A解析：(1)电键S1闭合，R1的电功率525W＝eq\f(U\o\al(2,1),21Ω)，U1＝105V。eq\f(E－U1,r)＝eq\f(U1,R1)，则r＝eq\f(E－U1R1,U1)＝eq\f(110－105×21,105)Ω＝1Ω。(2)电键S2闭合时，336W＝eq\f(U1′2,21Ω)，U1′＝84V。流过电源电流I＝eq\f(E－U1′,r)＝eq\f(110－84,1)A＝26A。通过电动机的电流IM＝I－IR1＝(26－eq\f(84,21))A＝22A电动机的输入功率P入＝U1′IM＝84×22W＝1848W电动机的输出功率P出＝P入－Ieq\o\al(2,M)R0＝1848W－222×0.5W＝1606W。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＝50kg，电源提供的电压U＝110V，不计一切摩擦．当电动机以v＝0.9m/s的恒定速度向上提升重物时，电路中的电流I＝5.0A，(1)由此可知电动机线圈的电阻R是多少？(2)用此电动机提升质量为m′＝20kg的重物，电动机的输入功率不变，提升速度是多少？(g取10m/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＋mgv解得：R＝eq\f(U,I)－eq