Question

9．小明用伏安法測(cè)出自制電動(dòng)機(jī)線圈的電阻為1Ω．
（1）小明發(fā)現(xiàn)電動(dòng)始終只能在某位置晃動(dòng)而不能持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，請(qǐng)幫他分析原因．
（2）修好后線圈兩端所加電壓為2V時(shí)，電流為0.8A，電動(dòng)機(jī)正常工作，自制電動(dòng)機(jī)的效率是多少？
（3）某次實(shí)驗(yàn)時(shí)線圈與磁鐵接觸使得線圈無法轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)小明發(fā)現(xiàn)線圈特別燙，試分析原因．

Answer 1

分析 （1）直流電動(dòng)機(jī)中的換向器可以在線圈剛轉(zhuǎn)過平衡位置時(shí)，自動(dòng)改變線圈中的電流方向，改變線圈的受力方向，使線圈持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)下去；
（2）電動(dòng)機(jī)工作電壓和通過的電流，可以得到總功率；已知線圈電阻和通過的電流，根據(jù)公式P=I²R計(jì)算線圈消耗的功率，總功率減去線圈消耗的功率就是電動(dòng)機(jī)的輸出功率，輸出功率與總功率的比值就是這臺(tái)電動(dòng)機(jī)的效率；
（3）用電器工作過程中將電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能．

解答 解：
（1）將電動(dòng)機(jī)線圈放在支架上，因?yàn)闆]有換向器，不能改變線圈中的電流方向，就不能改變線圈的受力方向，所以閉合開關(guān)S后，發(fā)現(xiàn)線圈只能偏轉(zhuǎn)至水平位置、不能持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)；這個(gè)位置物理學(xué)中稱為平衡位置，它是線圈平面與磁感線垂直的位置；
（2）因?yàn)镻=UI，
所以電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)的總功率為P=UI=2V×0.8A=1.6W；
線圈消耗的功率：P_圈=I²R_圈=（0.8A）²×1Ω=0.64W，
輸出功率：P_出=P_總-P_圈=1.6W-0.64W=0.96W，
這臺(tái)電動(dòng)機(jī)的效率：η=$\frac{{P}_{輸出}}{{P}_{總}(cāng)}$×100%=$\frac{0.96W}{1.6W}$×100%≈60%．
（3）實(shí)驗(yàn)時(shí)線圈與磁鐵接觸使得線圈無法轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．
答：
（1）線圈處于平衡位置；
（2）60%；
（3）電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能．

點(diǎn)評(píng) 本題考查電動(dòng)機(jī)工作原理、電功率、效率等的計(jì)算和能量轉(zhuǎn)化，關(guān)鍵是公式及其變形的靈活運(yùn)用，難點(diǎn)是知道在非純電阻電路中電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能和內(nèi)能．