Question

11．小明在實(shí)驗(yàn)室組裝了一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)模型，他將電動(dòng)機(jī)模型接入如圖（a）所示的電路中，已知電源電壓U=3V，并保持不變，線圈電阻R=1Ω，接通電路后，發(fā)現(xiàn)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)，許老師讓他用手指去撥一下線圈試試，結(jié)果電動(dòng)機(jī)馬上正常轉(zhuǎn)起來，測得電流表讀數(shù)I=0.8A，已知電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖（b）所示，摩擦不計(jì)，問：
（1）請你幫助小明分析一下，為什么用手指撥一下后，電動(dòng)機(jī)就能正常轉(zhuǎn)起來？
（2）根據(jù)電動(dòng)機(jī)工作時(shí)的能量轉(zhuǎn)化，請你在（b）圖中填入相應(yīng)的能量．（選填“電能”、“機(jī)械能”或“內(nèi)能”等）．
（3）電動(dòng)機(jī)正常轉(zhuǎn)動(dòng)1min消耗的電能W和線圈產(chǎn)生的熱量Q．
（4）電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率P．

Answer 1

分析 （1）直流電動(dòng)機(jī)是根據(jù)通電線圈在磁場中受力轉(zhuǎn)動(dòng)的原理制成的，接通電源后電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)的主要原因有：①電壓電壓過低，電路中電流太小；磁鐵磁性太弱，磁場對通電線圈的力太小；②線圈處于平衡位置，線圈受力平衡；③電動(dòng)機(jī)軸因?yàn)樯�銹而被卡��；線路接觸不良，電路中無電流；
（2）根據(jù)消耗的和得到的能量分析解答；
（3）由W=UIt計(jì)算電動(dòng)機(jī)正常轉(zhuǎn)動(dòng)1min消耗的電能，由Q=I²Rt計(jì)算線圈產(chǎn)生的熱量；
（4）由P=UI計(jì)算消耗電能的功率，由P=I²R計(jì)算產(chǎn)生熱的功率，兩者差為機(jī)械功率．

解答 解：
（1）因?yàn)榫�圈處于平衡位置，線圈受到平衡力的作用，所以不能轉(zhuǎn)動(dòng)，用手指撥一下后，受力不平衡，所以線圈能轉(zhuǎn)動(dòng)起來；
（2）電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，消耗電能，得到了機(jī)械能和少量的內(nèi)能，如圖所示：
；
（3）電動(dòng)機(jī)正常轉(zhuǎn)動(dòng)1min消耗的電能：
W=UIt=3V×0.8A×60s=144J，
線圈產(chǎn)生的熱量：
Q=I²Rt=（0.8A）²×1Ω×60s=38.4J；
（4）電動(dòng)機(jī)消耗的電功率：
P_電=UI=3V×0.8A=2.4W，
線圈的發(fā)熱功率：
P_熱=I²R=（0.8A）²×1Ω=0.64W，
輸出的機(jī)械功率：
P_機(jī)械=P_電-P_熱=2.4W-0.64W=1.76W．
答：（1）線圈處于平衡位置，線圈受力平衡不能轉(zhuǎn)動(dòng)，撥動(dòng)后，線圈受力不平衡而轉(zhuǎn)動(dòng)起來；
（2）見上圖；
（3）電動(dòng)機(jī)正常轉(zhuǎn)動(dòng)1min消耗的電能為144J，線圈產(chǎn)生的熱量38.4J；
（4）電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率為1.76W．

點(diǎn)評(píng) 本題關(guān)于電動(dòng)機(jī)的問題，考查了電動(dòng)機(jī)的工作、能量轉(zhuǎn)化、電能、熱量及功率的計(jì)算，考查內(nèi)容全面，綜合性強(qiáng)，要注意公式的合理應(yīng)用．