2024中考一轮复习物理-第十八讲-电动机-原卷版+解析

第十八讲--电动机一、思维导图题型1题型1概念辨析题型2电动机的计算题型3电动机卡住的情况分析题型4电动机输出功率的相关计算题型5化学能与电能的相关计算题型6电动机相关推理证明三、知识梳理1.电动机模型我们可以将其看作是一个没有电阻但两端有一定的电压U的线圈M（理想的电机）与一个电阻R串联，如图所示．从能量转化的角度看，电动机主要是通过线圈M把电能转化为机械能，还有一部分在电阻R中产生的形式散失。纯电阻电路非纯电阻电路举例白炽灯、电炉、电熨斗、电饭锅电动机、电解槽能量转化情况具体能量转化模型输入电能：输入电能：W电=UItP电=UI电动机输出机械能：W机=W电—Q=UIt-I2RtP机=P电—P热=UI-I2R电动机发热：Q=I2RtP热=I2R电功和电热的关系W=Q即UIt=I²RtW=Q+E其他UIt=I²Rt+E其他电功率和热功率的关系P=P热即UI=I²RP=P热+P其他即UI=I²R+P其他欧姆定律是否成立欧姆定律成立欧姆定律不成立说明W=UIt、P电=UI适用于任何电路计算电功和电功率Q=I²Rt、P热=I²R适用于任意电路计算电热和热功率只有纯电阻电路满足W=Q,P电=P热；非纯电阻电路W>Q,P电>P热3.电动机相关公式（U为电动机两端的电压，I为流过电动机的电流，R电动机的内阻，t电动机工作的时间）（1）电动机工作时将输入的电能绝大部分转化为机械能，但还有一部分转化为热能，属于非纯电阻，因此计算时要注意含电阻的公式不能随便用。（2）公式：基本公式：P=UI，W=UIt。推导式，在纯电阻电路中，电功和电热公式通用；电功率和电热功率公式通用：P=UI=I2R=U2/R；W=Pt=UIt=I2Rt=（U2/R）t。在非纯电阻电路中，电热Q=I2Rt，电热功率：P热=I2R。（3）在计算电动机电路可用以下公式：①电动机不转动时：无机械能输出，电能全部转化为内能，不转的时候是用来求线圈内阻r。所以W电=Q；P电=P热=I2R②电动机正常工作时：a.电流做功是所消耗的总能量W电=UIt；电流做功的功率P电=UI；b.工作时所产生的热能Q=W热=I2Rt；其发热功率P热=I2R；c.所转化的机械能W机＝W总-W热＝UIt-I2Rt；转化的机械能功率P机=P总-P热＝UI-I2R。【能力拓展】若机械能做功，如电机将物体升高，电动机的机械功率P有＝Gh/t=Fs/t=Fv4.纯电阻电路与非纯电阻电路区分方法：(1)从元器件角度识别日常生活中的电热毯、电烙铁、白炽灯、电炉子、电饭锅、电熨斗、转子被卡住的电动机等元器件都属于纯电阻，含这些元件的电路称纯电阻电路。电动机、电风扇、电吹风、电冰箱、电视机、电解槽、电脑、电磁炉、蓄电池(充电)等元器件在工作时都属于非纯电阻，含这些元件的电路称非纯电阻电路。它们在电路中的符号如下：①纯电阻： ②非纯电阻考点分析：①常见的纯电阻电路:白炽灯、电烙铁、电熨斗、电饭锅、电热毯、电炉等常见的非纯电阻电路:电动机、电风扇、电冰箱、洗衣机等②所谓纯电阻电路指的是工作时将电能全部转化为内能的电路。电动机属于典型的非纯电阻电路，电动机工作时将电能主要转化为机械能，少量转化为内能。(2)从能量转化角度识别①纯电阻电路：电能全部转化为内能②非纯电阻电路：电能转化为内能和其它形式能。其中：内能应只占少部分。对于含电动机的电路，其它形式能为机械能；对于含电解槽的电路，其它形式能为化学能。四、题型分类题型1概念辨析1.电功率的表达式有三个，P=UI、P=I2R、P=U2/R，对这三个表达式的认识正确的是（）A．P=UI适合于纯电阻电路电功率的计算，对于非纯电阻电路不适用B．P=I2R适合于一切电路的热功率的计算C．P=U2/R适合于一切电路电功率和热功率的计算D．三个公式各自的适用条件与电路的连接方式有关2.下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中不正确的是()A.电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多B.W=UIt适用于任何电路，而只适用于纯电阻电路C.在非纯电阻电路中,UI>I2RD.焦耳热Q=I2Rt适用于任何电路题型2电动机的计算1.（2022•金华模拟）电吹风是现代家庭的常用电器。如图甲所示是电吹风的电路原理图，R是电热丝，M是带动风扇转动的电动机，某电吹风的主要技术参数如图乙所示：（1）当只闭合S1时，电吹风工作1min消耗的电能是多少J？（2）当同时闭合S1、S2时，电吹风工作时通过R的电流为多大？（3）当电吹风吹热风时，1min内电流通过R产生的热量是多少J？2.（2023•杭州一模）如图为某品牌运动果汁杯及其铭牌参数。运动果汁杯内置一个电动机，电动机通过金属杆带动刀片旋转，将水果打成果汁。此款运动果汁杯以额定功率工作时，一次打汁时间是48s，充满电后可以打汁20次，20次后指示灯闪烁提示电量不足，需要充电。则：（1）电动机正常工作时，通过线圈的电流约为A。（保留1位小数，下同）（2）在打汁时，电动机线圈电阻为0.1Ω，电动机输出的机械功率是多少？（3）此款运动果汁杯，当电池容量低于%时需要充电。（电池容量“5100mAh是指当工作电流为5100mA，能持续供电1h）题型3电动机卡住的情况分析1.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：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W1和所产生的热量Q1。（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。（3）试比较W1和Q1的大小关系以及W2和Q2的大小关系，并分析其原因/U（V）I（A）W（J）Q（J）不转动0.20.2W1Q1转动3.01.2W2Q2题型4电动机输出功率的相关计算1.（2023•温州模拟）我们日常生活、工作中随处可见机械对我们的帮助。（1）易拉罐拉环的实质是杠杆，如图1。拉环打开前后模型如图2。将拉环从紧贴罐身撬动至图1所示位置的过程中，杠杆的支点是（填字母）。（2）小明利用电动机与滑轮制作了一个可以打捞物体的模型，如图3。已知当电动机正常工作时，电动机两端电压为10V时，电流为0.4A，可以拉动重为10N的物体，以0.3m/s的速度匀速上升。此时该装置的机械效率为。2.（2023•慈溪市校级模拟）如图所示，水底有一块体积100cm3的铝块。现用一电源电压为6V的电动机把浸没在水中的铝块提出水面，离开水面后，铝块3s内匀速提升了1m，电路中的电流为0.2A。已知铝的密度为2.7×103kg/m3，铝块提升过程中受到的阻力、绳子自重和摩擦等都不计。求：（1）铝块浸没在水中受到的浮力。（2）铝块的重力。（3）铝块离开水面后，电动机工作3s内产生的电热。（4）电动机线圈阻值。3（2021•台州模拟）如图是直流电动机提升重物的示意图，电源电压为20V且保持不变，电路中的电流为2A，质量为3.6kg的某物体在电动机带动下以1m/s的速度匀速上升10秒，不计各处摩擦，求：（1）电动机线圈的电阻；（2）若将某灯泡串联在该电路中正常发光，保持电源电压不变，随后增大物体质量使电动机无法转动，则该灯泡的亮度会发生什么变化？并证明。（忽略灯泡阻值的变化）4.（2023•鄞州区校级一模）2023年的植树节，我国利用无人机在沙漠地区播撒植物种子。如图所示的小型四旋翼无人机是一种能够垂直起降的小型遥控飞行器。若质量m＝2kg的无人机从地面上由静止开始竖直向上起飞，20s末无人机离地高度h＝50m，整个运动过程中电动机提供升力F＝24N，所受空气阻力f大小不变，且无人机动能增加量ΔE＝25J。已知动力系统的电动机工作电压U＝25V，电流I＝3A。下列说法不正确的是（）A．无人机在上升过程中做加速运动 B．20s内电动机输出的机械能（升力所做的功）为1200J C．所受空气阻力f为4N D．该电动机的线圈电阻约为1.7Ω题型5化学能与电能的相关计算1.如图所示，有一内电阻为4.4Ω的电解槽和一盏标有“110V60W”的灯泡串联后,接在电压为220V的直流电路两端，灯泡正常发光，则()A.电解槽消耗的电功率为120WB.电解槽的发热功率为60WC.电解槽消耗的电功率为60WD.电路消耗的总功率为60W2.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?题型6电动机相关推理证明1.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？并根据学过后知识给以解释。2.电动机工作时将电能转化为机械能，但因为线圈有电阻也会有电能转化为电热。如图所示，将线圈电阻为r的电动机接到电源电压U上时，流过电动机线圈的电流为I。⑴推导：电动机的效率(机械能占消耗电能的百分比)=U-Ir/Uxl00%o(2)若电动机的额定电流I=1A,电动机线圈电阻r=0.5Ω,工作t=lmin时间内对外输出的机械能为W=150J。试求：①lmin时间内消耗的电能。②电动机两端的电压为多少？五、课后巩固1.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为（）A．PB．U2/rC．P2r/U2 D．P-P2r/U22.（2022春•上城区月考）如图是直流电动机提升重物的示意图，电源电压为110V且保持不变，电路中的电流是5A，重500N的物体在电动机带动下以0.9m/s的速度匀速上升，不计各处摩擦，则电动机线圈的电阻是多少？3.（2022•鄞州区校级模拟）某一用直流电动机提升重物的装置，如图所示，重物的质量为50kg，电源电压为110V，不计电源电阻及各处摩擦。当电动机转动，使物体以0.9m/s的速度匀速上升时，电路中的电流大小为5A。则电动机线圈的电阻大小为。4.（2020.西湖区一模）某电动玩具汽车部分参数如下图所示：电动机线圈电阻1欧电池电压12伏额定电流2安（1）电动机正常工作1分钟，消耗多少电能？（2）电动机正常工作时的机械功率是多少？（3）假定电池的输出电压恒定不变，若玩具汽车被障碍物卡住，电动机停止旋转，则持续通电一分钟会产生多少热量？5.如图，电动机M的线圈电阻为0.5欧，当S断开时，电流表读数为1安。当S闭合时，电流表读数为3安。问：（1）电阻R为多少？（2）电动机的机械功率为多少？（3）电动机工作2分钟，电动机线圈产生了多少热量？6.（2020.上城区一模）近期一些餐厅的出现了用送餐机器人进行无接触配送，其运动依靠底部电动机带动。已知电动机线圈为铜制，比热容为0.4×103J/（Kg·℃），整个线圈质量为0.2kg，产生的热量有80%转化为线圈的内能，电动机与电表串联后接在24V直流电源上工作，闭合开关后发现机器人并未运动，这时电流表示数为8A。检查发现电动机的齿轮被卡住了，排除故障后，正常工作时电流表的读数为1A。忽略所有摩擦，计算（1）电动机线圈的阻值；（2）电动机正常工作时的效率；（3）不考虑线圈与其他材料之间的热传递，在卡住的1分钟内线圈的温度会升高多少？7.（2023•定海区三模）如图是某种锂电池的部分参数，小舟同学将电池安装到遥控车上，进行花样赛车训练。已知小车质量为0.5千克，行驶时功率为2W，电动机效率为80%（表中“Ah”读作“安时”，2Ah表示该电池在4V电压下能以2A的电流放电1小时）。（取g＝10N/kg）求。名称：充电式锂电池容量：2Ah标称电压：4V充电模式：恒流/恒压……（1）该电池充电一次可以储存的最大能量是。（2）造成电动机效率不能达到100%的原因可能是。（3）充满电一次，可供小亮同学训练多少小时？8.如图所示利用小型发电机给工厂中的电动机和灯泡供电，发电机的输出功率为1kW，输电电压为250V，发电机与工厂之间距离为为400m，发电机与工厂之间两根输电导线总电阻为7.5Ω，其它导线电阻忽略不计，在该电路中灯泡的实际功率为110W，电动机线圈电阻4Ω.试求：（1）工厂用电器两端的电压是多少?（2）电动机的电功率以及输出功率?9.物理实验室有一个微型电动机，铭牌上标有“12V3W”字样，电动机线圈电阻为1.92Ω。兴趣小组的同学想让这个电动机正常工作，但手边只有一个电压恒为18V的电源，于是他们找来一个阻值合适的电阻R与之串联接入电路如图，使小电动机恰好正常工作．求：（1）所串联的电阻R的阻值（2）小电动机正常工作时，电阻R消耗的电功率（3）电动机工作时，主要把电能转化为机械能，还一部分能量在线圈中以热量的形式散失掉．已知电流通过导体时产生的热量Q=I2Rt，求小电动机正常工作时的效率10.（2023•慈溪市校级模拟）科技改变生活，某大型立体停车场使用“车位引导及寻车系统”，该系统主要包括：摄像头、升降停车设备（如图甲）和信息平台。系统通过摄像头收集车位信息。取车时，只要在查询终端输入车辆信息，屏幕上就会显示车主所处位置、车辆停放位置和最佳取车路线，实现车位引导功能。（1）图甲的摄像头在抓拍车位信息时在感光屏PSH型简易升降类停车设备相关参数上能成一个倒立、实像；（2）对该停车设备的钢构表面镀锌或喷塑处理能防止钢构生锈，其原理是；PSH型简易升降类停车设备相关参数客车最大质量2000kg升降平均速度2.2m/min电动机功率2.2kW升降高度2.2m电源电压220V钢构表面处理镀锌喷塑（3）小柯将质量为1.6吨的汽车停在一层车位后，车轮与车位总的接触面积为0.08m2，设备以升降平均速度将其升至二层车位，请计算：①汽车停在车位上时，对车位产生的压强。②电动机在提升汽车过程中的效率。第十八讲--电动机一、思维导图题型1题型1概念辨析题型2电动机的计算题型3电动机卡住的情况分析题型4电动机输出功率的相关计算题型5化学能与电能的相关计算题型6电动机相关推理证明三、知识梳理1.电动机模型我们可以将其看作是一个没有电阻但两端有一定的电压U的线圈M（理想的电机）与一个电阻R串联，如图所示．从能量转化的角度看，电动机主要是通过线圈M把电能转化为机械能，还有一部分在电阻R中产生的形式散失。纯电阻电路非纯电阻电路举例白炽灯、电炉、电熨斗、电饭锅电动机、电解槽能量转化情况具体能量转化模型输入电能：输入电能：W电=UItP电=UI电动机输出机械能：W机=W电—Q=UIt-I2RtP机=P电—P热=UI-I2R电动机发热：Q=I2RtP热=I2R电功和电热的关系W=Q即UIt=I²RtW=Q+E其他UIt=I²Rt+E其他电功率和热功率的关系P=P热即UI=I²RP=P热+P其他即UI=I²R+P其他欧姆定律是否成立欧姆定律成立欧姆定律不成立说明W=UIt、P电=UI适用于任何电路计算电功和电功率Q=I²Rt、P热=I²R适用于任意电路计算电热和热功率只有纯电阻电路满足W=Q,P电=P热；非纯电阻电路W>Q,P电>P热3.电动机相关公式（U为电动机两端的电压，I为流过电动机的电流，R电动机的内阻，t电动机工作的时间）（1）电动机工作时将输入的电能绝大部分转化为机械能，但还有一部分转化为热能，属于非纯电阻，因此计算时要注意含电阻的公式不能随便用。（2）公式：基本公式：P=UI，W=UIt。推导式，在纯电阻电路中，电功和电热公式通用；电功率和电热功率公式通用：P=UI=I2R=U2/R；W=Pt=UIt=I2Rt=（U2/R）t。在非纯电阻电路中，电热Q=I2Rt，电热功率：P热=I2R。（3）在计算电动机电路可用以下公式：①电动机不转动时：无机械能输出，电能全部转化为内能，不转的时候是用来求线圈内阻r。所以W电=Q；P电=P热=I2R②电动机正常工作时：a.电流做功是所消耗的总能量W电=UIt；电流做功的功率P电=UI；b.工作时所产生的热能Q=W热=I2Rt；其发热功率P热=I2R；c.所转化的机械能W机＝W总-W热＝UIt-I2Rt；转化的机械能功率P机=P总-P热＝UI-I2R。【能力拓展】若机械能做功，如电机将物体升高，电动机的机械功率P有＝Gh/t=Fs/t=Fv4.纯电阻电路与非纯电阻电路区分方法：(1)从元器件角度识别日常生活中的电热毯、电烙铁、白炽灯、电炉子、电饭锅、电熨斗、转子被卡住的电动机等元器件都属于纯电阻，含这些元件的电路称纯电阻电路。电动机、电风扇、电吹风、电冰箱、电视机、电解槽、电脑、电磁炉、蓄电池(充电)等元器件在工作时都属于非纯电阻，含这些元件的电路称非纯电阻电路。它们在电路中的符号如下：①纯电阻： ②非纯电阻考点分析：①常见的纯电阻电路:白炽灯、电烙铁、电熨斗、电饭锅、电热毯、电炉等常见的非纯电阻电路:电动机、电风扇、电冰箱、洗衣机等②所谓纯电阻电路指的是工作时将电能全部转化为内能的电路。电动机属于典型的非纯电阻电路，电动机工作时将电能主要转化为机械能，少量转化为内能。(2)从能量转化角度识别①纯电阻电路：电能全部转化为内能②非纯电阻电路：电能转化为内能和其它形式能。其中：内能应只占少部分。对于含电动机的电路，其它形式能为机械能；对于含电解槽的电路，其它形式能为化学能。四、题型分类题型1概念辨析1.电功率的表达式有三个，P=UI、P=I2R、P=U2/R，对这三个表达式的认识正确的是（）A．P=UI适合于纯电阻电路电功率的计算，对于非纯电阻电路不适用B．P=I2R适合于一切电路的热功率的计算C．P=U2/R适合于一切电路电功率和热功率的计算D．三个公式各自的适用条件与电路的连接方式有关【答案】B【解析】A、电路分为纯电阻电路和非纯电阻电路，求解电功率时，公式P=IU对这两种电路都适用，故A错误；B、P=I2R适用于任何电路的热功率的计算，故B正确；C、P=U2/R只适用于纯电阻电路的电功率和热功率的计算，故C错误；D、P=UI、P=I2R、P=U2/R的适用条件与电路的连接方式无关，故D错误。故选：B。2.下列关于电功、电功率和焦耳定律的说法中不正确的是()A.电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多B.W=UIt适用于任何电路，而只适用于纯电阻电路C.在非纯电阻电路中,UI>I2RD.焦耳热Q=I2Rt适用于任何电路题型2电动机的计算1.（2022•金华模拟）电吹风是现代家庭的常用电器。如图甲所示是电吹风的电路原理图，R是电热丝，M是带动风扇转动的电动机，某电吹风的主要技术参数如图乙所示：（1）当只闭合S1时，电吹风工作1min消耗的电能是多少J？（2）当同时闭合S1、S2时，电吹风工作时通过R的电流为多大？（3）当电吹风吹热风时，1min内电流通过R产生的热量是多少J？【答案】见试题解答内容【解答】解：（1）只闭合S1，电路只有电动机工作，即P冷＝80W。则消耗电能：W＝Pt＝80W×60s＝4800J。（2）同时闭合S1、S2，电路为电动机与电热丝并联，吹热风，∴P总＝880W，UR＝U＝220V。∴电热丝功率：PR＝P总﹣PM＝880W﹣80W＝800W电热丝电流：IR＝＝≈3.6A。（3）吹热风时，电动机与电热丝并联，则PR＝800W。电热丝消耗的电能全部转化为内能，1min内电流通过R产生的热量：Q＝W＝Pt＝800W×60s＝4.8×104J。答：（1）当只闭合S1时，电吹风正常工作1min消耗的电能是4800J。（2）当同时闭合S1、S2时，电吹风正常工作，通过R的电流为3.6A。（3）吹热风时，1min内电流通过R产生的热量是4.8×104J。2.（2023•杭州一模）如图为某品牌运动果汁杯及其铭牌参数。运动果汁杯内置一个电动机，电动机通过金属杆带动刀片旋转，将水果打成果汁。此款运动果汁杯以额定功率工作时，一次打汁时间是48s，充满电后可以打汁20次，20次后指示灯闪烁提示电量不足，需要充电。则：（1）电动机正常工作时，通过线圈的电流约为A。（保留1位小数，下同）（2）在打汁时，电动机线圈电阻为0.1Ω，电动机输出的机械功率是多少？（3）此款运动果汁杯，当电池容量低于%时需要充电。（电池容量“5100mAh是指当工作电流为5100mA，能持续供电1h）【解答】解：（1）根据P＝UI得，电动机正常工作时通过线圈的电流：I=P（2）电动机的发热功率：P热＝I2r＝（17.0A）2×0.1Ω＝28.9W，电动机输出的机械功率：P机械＝P﹣P热＝126W﹣28.9W＝97.1W；（3）20次打汁消耗的电能：W1＝Pt＝126W×48s×20＝120960J，电池容量“5100mAh”，则该电池充满电时储存的电能：W＝UIt＝7.4V×5.1A×3600s＝135864J，剩余的电能：W剩＝W﹣W1＝135864J﹣120960J＝14904J，剩余电能与总电能的比值：η=W即当电池容量低于11.0%时需要充电。答：（1）17.0；（2）电动机输出的机械功率是97.1W；（3）11.0。题型3电动机卡住的情况分析1.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：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W1和所产生的热量Q1。（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。（3）试比较W1和Q1的大小关系以及W2和Q2的大小关系，并分析其原因/U（V）I（A）W（J）Q（J）不转动0.20.2W1Q1转动3.01.2W2Q2【答案】（1）W1=0.4J，Q1=0.4J（2）W2=36J，Q2=14.4J（3）见下面解析【解析】（1）电动机不转动时，电能全部转化为内能，所以W1=U1I1t=0.2V×0.2A×10s=0.4J；因为I=U/R，所以电动机不转动时电阻R=U1/I1=0.2V/0.2A=1Ω，电动机所产生的热量Q1=I12Rt=（0.2A）2×1Ω×10s=0.4J；（2）因为I=U/R，通电10s，电动机所做的电功W2=U2I2t=3.0V×1.2A×10s=36J，电动机转动时电阻R与电动机不转动时的电阻相等，电动机所产生的热量Q2=I22Rt=（1.2A）2×1Ω×10s=14.4J；（3）通过上述计算可得，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，另一部分转化为热能，因此W2＞Q2。题型4电动机输出功率的相关计算1.（2023•温州模拟）我们日常生活、工作中随处可见机械对我们的帮助。（1）易拉罐拉环的实质是杠杆，如图1。拉环打开前后模型如图2。将拉环从紧贴罐身撬动至图1所示位置的过程中，杠杆的支点是（填字母）。（2）小明利用电动机与滑轮制作了一个可以打捞物体的模型，如图3。已知当电动机正常工作时，电动机两端电压为10V时，电流为0.4A，可以拉动重为10N的物体，以0.3m/s的速度匀速上升。此时该装置的机械效率为。【答案】B；75%。【解答】解：（1）拉动拉环时，杠杆ABC绕着B点转动，故支点为B；（2）匀速提升物体时，对物体的拉力大小等于物体重力，电动机正常工作时输出功率就是电机吊起重物的功率，则有：P输出＝＝＝Fv＝Gv＝10N×0.3m/s＝3W，电动机正常工作时，电动机两端电压和通过的电流分别为：U＝10V，I＝0.4A，电动机正常工作时消耗的电功率为：P＝UI＝10V×0.4A＝4W，电动机的机械效率：η＝×100%＝×100%＝×100%＝×100%＝75%。故答案为：B；75%。2.（2023•慈溪市校级模拟）如图所示，水底有一块体积100cm3的铝块。现用一电源电压为6V的电动机把浸没在水中的铝块提出水面，离开水面后，铝块3s内匀速提升了1m，电路中的电流为0.2A。已知铝的密度为2.7×103kg/m3，铝块提升过程中受到的阻力、绳子自重和摩擦等都不计。求：（1）铝块浸没在水中受到的浮力。（2）铝块的重力。（3）铝块离开水面后，电动机工作3s内产生的电热。（4）电动机线圈阻值。【答案】（1）铝块浸没在水中受到的浮力为1N；（2）铝块的重力为2.7N；（3）铝块离开水面后，电动机工作3s内产生的电热为0.9J。（4）电动机线圈阻值为7.5Ω。【解答】解：（1）铝块浸没时受到的浮力：F浮＝ρ水gV排＝ρ水gV＝1.0×103kg/m3×10N/kg×100×10﹣6m3＝1N；（2）根据ρ＝知铝块的质量为：m＝ρ铝V＝2.7×103kg/m3×100×10﹣6m3＝0.27kg，铝块的重力为：G＝mg＝0.27kg×10N/kg＝2.7N；（3）铝块离开水面后，电动机对铝块做的功为：W＝Gh＝2.7N×1m＝2.7J；电动机消耗的电能为：W′＝UIt＝6V×0.2A×3s＝3.6J，电动机工作1s内产生的电热为：Q＝W′﹣W＝3.6J﹣2.7J＝0.9J；（4）根据Q＝I2Rt得电动机线圈阻值为：R＝＝＝7.5Ω。答：（1）铝块浸没在水中受到的浮力为1N；（2）铝块的重力为2.7N；（3）铝块离开水面后，电动机工作3s内产生的电热为0.9J。（4）电动机线圈阻值为7.5Ω。3（2021•台州模拟）如图是直流电动机提升重物的示意图，电源电压为20V且保持不变，电路中的电流为2A，质量为3.6kg的某物体在电动机带动下以1m/s的速度匀速上升10秒，不计各处摩擦，求：（1）电动机线圈的电阻；（2）若将某灯泡串联在该电路中正常发光，保持电源电压不变，随后增大物体质量使电动机无法转动，则该灯泡的亮度会发生什么变化？并证明。（忽略灯泡阻值的变化）【答案】（1）电动机线圈的电阻为1Ω；（2）当增大物体质量使电动机无法转动时，该灯泡会亮度。【解答】解：（1）电路的总功率：P＝UI＝20V×2A＝40W，电动机的输出功率：P机＝Gv＝3.6kg×10N/kg×1m/s＝36W，电动机的发热功率：P热＝P总﹣P机＝40W﹣36W＝4W，根据P热＝I2R得电动机线圈的电阻R＝＝＝1Ω；（2）当电动机正常转动时，电动机的总功率大于发热功率，即P电＞P热，UI＞I2（RL+R），U＞I（RL+R），解得：＞I，即I不转＞I转，所以当增大物体质量使电动机无法转动时，该灯泡会亮度。答：（1）电动机线圈的电阻为1Ω；（2）当增大物体质量使电动机无法转动时，该灯泡会亮度。4.（2023•鄞州区校级一模）2023年的植树节，我国利用无人机在沙漠地区播撒植物种子。如图所示的小型四旋翼无人机是一种能够垂直起降的小型遥控飞行器。若质量m＝2kg的无人机从地面上由静止开始竖直向上起飞，20s末无人机离地高度h＝50m，整个运动过程中电动机提供升力F＝24N，所受空气阻力f大小不变，且无人机动能增加量ΔE＝25J。已知动力系统的电动机工作电压U＝25V，电流I＝3A。下列说法不正确的是（）A．无人机在上升过程中做加速运动 B．20s内电动机输出的机械能（升力所做的功）为1200J C．所受空气阻力f为4N D．该电动机的线圈电阻约为1.7Ω【解答】解：（1）无人机的重力：G＝mg＝2kg×10N/kg＝20N，无人机克服重力做功：W1＝Gh＝20N×50m＝1000J，20s内电动机输出的机械能（升力所做的功）为：W2＝Fh＝24N×50m＝1200J，故B正确；无人机动能增加量ΔE＝25J，根据能量守恒定律可知无人机克服空气阻力做功：W′＝W2﹣W1﹣ΔE＝1200J﹣1000J﹣25J＝175J，无人机所受空气阻力：f=W'（2）无人机受到的重力方向向下，空气阻力方向向下，升力方向向上，无人机受到的合力为：F′＝F﹣G﹣f＝24N﹣20N﹣3.5N＝0.5N，方向向上，所以无人机在上升过程中做加速运动，故A正确；（3）20s内电动机消耗的电能：W＝UIt＝25V×3A×20s＝1500J，电流通过电动机线圈产生的热量：Q＝W﹣W2＝1500J﹣1200J＝300J，线圈的电阻：R=QI2故选：C。题型5化学能与电能的相关计算1.如图所示，有一内电阻为4.4Ω的电解槽和一盏标有“110V60W”的灯泡串联后,接在电压为220V的直流电路两端，灯泡正常发光，则()A.电解槽消耗的电功率为120WB.电解槽的发热功率为60WC.电解槽消耗的电功率为60WD.电路消耗的总功率为60W【答案】C2.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?【答案】⑴R=2Ω,72W⑵电动机的内阻是1Ω(3)16W【解析】(1)当S₁闭合，S2、S3断开时，只有电炉子接入，因电炉子为纯电阻，由欧姆定律有：电炉子的电阻R=U/I1=2Ω发热功率为：P=UI=12×6W=72W。(2)当S2闭合、S1、S3断开时，电动机为非纯电阻，由能量守恒定律得：UI2=I22RM+P输出代入数据解得：RM=1Ω(3)当S3闭合、S1、S2断开时，电解槽工作，由能量守恒定律得：P化=UI3-I32RA代入数据解得：P化=16W题型6电动机相关推理证明1.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？并根据学过后知识给以解释。【答案】（1）

（2）大于

（3）不正确，不转时W总功=Q电路UI1t=I12(R+r)t

转动时W'总功>Q'电路UI2t>I22(R+r)t

故I2<I1，灯泡变暗

【考点】焦耳定律的计算公式及其应用

【解析】【分析】（1）在电动机未转动时，该电路为两个电阻串联的电路，根据焦耳定律的公式写出表达式；（2）（3）在电动机转动时，消耗的电能一部分转化为机械能，另一部分转化为内能。

【解答】（1）在电动机未转动时，该电路为两个电阻串联的电路，则此时电路中的电流为：I=

；根据焦耳定律可知，t时间内电流在电路中产生的热量即电流所做的功为：W=Q=UIt=Ut=；

（2）在电动机转动时，电流所做的功主要有两个利用：一个是转化为电动机的机械能，另一个是转化为灯泡和电动机的内能；故电流在电路中产生的热量要小于电流所做的功；

（3）电动机转动后，电动机会消耗一部分能量，使得电功转化而成的内能减小，故灯泡的亮度会变暗，所以小金的判断时错误的；

不转时W总功=Q电路UI1t=I12(R+r)t，转动时W'总功>Q'电路UI2t>I22(R+r)t，故I2<I1，灯泡变暗。故答案为：（1）；（2）大于；（3）不正确，不转时W总功=Q电路UI1t=I12(R+r)t，转动时W'总功>Q'电路UI2t>I22(R+r)t，故I2<I1，灯泡变暗。2.电动机工作时将电能转化为机械能，但因为线圈有电阻也会有电能转化为电热。如图所示，将线圈电阻为r的电动机接到电源电压U上时，流过电动机线圈的电流为I。⑴推导：电动机的效率(机械能占消耗电能的百分比)=U-Ir/Uxl00%o(2)若电动机的额定电流I=1A,电动机线圈电阻r=0.5Ω,工作t=lmin时间内对外输出的机械能为W=150J。试求：①lmin时间内消耗的电能。②电动机两端的电压为多少？五、课后巩固1.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为（）A．PB．U2/rC．P2r/U2 D．P-P2r/U2【答案】C【解析】电动机消耗的电功率为P，加在电动机上的电压是U，故电流为：I=P/U；发热功率：P热=I2r=P2r/U2；故选：C。2.（2022春•上城区月考）如图是直流电动机提升重物的示意图，电源电压为110V且保持不变，电路中的电流是5A，重500N的物体在电动机带动下以0.9m/s的速度匀速上升，不计各处摩擦，则电动机线圈的电阻是多少？【答案】电动机线圈的电阻是4Ω。【解答】解：由题可知电动机的电功率为：P电＝UI＝110V×5A＝550W，电动机的机械功率为：P机＝＝＝Fv＝Gv＝500N×0.9m/s＝450W，电动机消耗的电能等于产生的机械能与内能之和，即电动机的电功率等于机械功率与热功率之和，则热功率为：P热＝P电﹣P机＝550W﹣450W＝100W，由P热＝＝＝I2R可得，电动机线圈的电阻为：R＝＝＝4Ω。答：电动机线圈的电阻是4Ω。3.（2022•鄞州区校级模拟）某一用直流电动机提升重物的装置，如图所示，重物的质量为50kg，电源电压为110V，不计电源电阻及各处摩擦。当电动机转动，使物体以0.9m/s的速度匀速上升时，电路中的电流大小为5A。则电动机线圈的电阻大小为4Ω。【答案】4Ω【解答】解：物体受到的重力为：G＝mg＝50kg×10N/kg＝500N，电动机输出的机械功率为：P输出＝＝＝Gv＝500N×0.9m/s＝450W，电动机的电功率为：P＝UI＝110V×5A＝550W，电动机线圈的发热功率为：P热＝P﹣P输出＝550W﹣450W＝100W，根据P＝I2R可得，电动机线圈的电阻为：R＝＝＝4Ω。故答案为：4Ω。4.（2020.西湖区一模）某电动玩具汽车部分参数如下图所示：电动机线圈电阻1欧电池电压12伏额定电流2安（1）电动机正常工作1分钟，消耗多少电能？（2）电动机正常工作时的机械功率是多少？（3）假定电池的输出电压恒定不变，若玩具汽车被障碍物卡住，电动机停止旋转，则持续通电一分钟会产生多少热量？【答案】（1）1440J（2）20W（3）8640J【解析】（1）由表中数据知，电动机正常工作时电压U=12V，通过的电流I=2A，所以1min消耗电能：W=UIt=12V×2A×60s=1440J；（2）电动机正常工作消耗电能的功率：P=UI=12V×2A=24W，电动机线圈电阻，正常工作产生热功率：P热=I2R=（2A）2×1Ω=4W，电动机工作时，消耗的电能转化为机械能和内能，所以正常工作时的机械功率：P机械=P-P热=24W-4W=20W；（3）电动机停止转动还持续通电时，消耗电能全部转化为内能，一分钟产生热量：Q=W=（U2/R）t=[（12V)2/1Ω]×60s=8640J。5.如图，电动机M的线圈电阻为0.5欧，当S断开时，电流表读数为1安。当S闭合时，电流表读数为3安。问：（1）电阻R为多少？（2）电动机的机械功率为多少？（3）电动机工作2分钟，电动机线圈产生了多少热量？【答案】（1）电阻R为10Ω。（2）电动机的机械功率为18W。（3）电动机工作2分钟，电动机线圈产生的热量为240J。【解析】（1）从图可知，当S断开时，电路中只有电阻R有电流通过，∵电源电压为：U=10V，IR=1A，∴电阻R的阻值为：R=U/IR=10V/1A=10Ω。（2）当S闭合时，电阻R和电动机M并联，∵I=3A，IR=1A，∴通过电动机M的电流为：IM=I-IR=3A-1A=2A，而U=10V，∴电动机M的总功率为：P=UIM=10V×2A=20W，又∵RM=0.5Ω，∴电动机M的发热功率为：P热=IM2RM=（2A）2×0.5Ω=2W，则电动机的机械功率为：P机械=P-P热=20W-2W=18W。（3）∵t=2min=120s，∴电动机线圈产生的热量为：Q=P热t=2W×120s=240J。6.（2020.上城区一模）近期一些餐厅的出现了用送餐机器人进行无接触配送，其运动依靠底部电动机带动。已知电动机线圈为铜制，比热容为0.4×103J/（Kg·℃），整个线圈质量为0.2kg，产生的热量有80%转化为线圈的内能，电动机与电表串联后接在24V直流电源上工作，闭合开关后发现机器人并未运动，这时电流表示数为8A。检查发现电动机的齿轮被卡住了，排除故障后，正常工作时电流表的读数为1A。忽略所有摩擦，计算（1）电动机线圈的阻值；（2）电动机正常工作时的效率；（3）不考虑线圈与其他材料之间的热传递，在卡住的1分钟内线圈的温度会升高多少？【答案】（1）3Ω（2）87.5%（3）115.2℃【解析】（1）电动机没有转动时是纯电阻用电器，由I=U/R可得，电动机线圈的电阻：R=U/I=24V/8A=3Ω；（2）电动机正常工作时是非纯电阻用电器，此时电动机的功率：PM=UI′=24V×1A=24W，电动机线圈电阻的热功率：P热=（I′）2R=（1A）2×3Ω=3W，正常转动时电动机的机械功率：P机械=PM-P热=24W-3W=21W，所以电动机正常工作时的效率：η=W机/W电×100%=P机械t/PMt×100%=P机/PM×100%=21W/24W×100%=87.5%；（3）卡住的1分钟内电流通过线圈产生热量：Q=I2Rt=（8A）2×3Ω×60s=11520J，由题意知，转化为线圈的内能：Q'=80%Q=80%×11520J=9216J，由Q=cm△t可得，线圈的温度会升高的温度：△t=Q′/cm=9216J/0.4×103J/（kg•℃）×0.2kg=115.2℃。7.（2023•定海区三模）如图是某种锂电池的部分参数，小舟同学将电池安装到遥控车上，进行花样赛车训练。已知小车质量为0.5千克，行驶时功率为2W，电动机效率为80%（表中“Ah”读作“安时”，2Ah表示该电池在4V电压下能以2A的电流放电1小时）。（取g＝10N/kg）求。名称：充电式锂电池容量：2Ah标称电压：4V充电模式：恒流/恒压……（1）该电池充电一次可以储存的最大能量是。（2）造成电动机效率不能达到100%的原因可能是。（3）充满电一次，可供小亮同学训练多少小时？【解答】解：（1）该电池在4V电压下能以2A的电流放电时间：t＝1h＝3600s；充电一次可以储存的最大能量是：W＝UIt＝4V×2A×3600s＝28800J；（2）电动机是将电能转化为机械能的装置，电动机的效率为机械功与总功的比值，电动机因线圈存在的电阻，所以电动机工作时，效率不可能达到100%；（3）电能转化成的机械能W有用＝ηW＝80%×28800J＝23040J；车行驶的功率P＝2W，可供小亮训练时间：t'=8.如图所示利用小型发电机给工厂中的电动机和灯泡供电，发电机的输出功率为1kW，输电电压为250V，发电