Question

20．某同學(xué)準(zhǔn)備參加玩具賽車比賽．他運用如圖所示的電路來挑選一只能量轉(zhuǎn)換效率較高的電動機(jī)．設(shè)電池的電壓U恒定不變，他先用手捏住電動機(jī)的轉(zhuǎn)軸，使其不轉(zhuǎn)動，閉合開關(guān)后電流表示數(shù)為I₁，然后放手，當(dāng)電動機(jī)正常轉(zhuǎn)動時，電流表的示數(shù)為I₂．該玩具電動機(jī)正常轉(zhuǎn)動時消耗的電功率UI₂，輸出機(jī)械功的功率是$\frac{{UI}_{2}（{I}_{1}-{I}_{2}）}{{I}_{1}}$，該玩具電動機(jī)正常轉(zhuǎn)動時將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率為$\frac{{I}_{1}-{I}_{2}}{{I}_{1}}$×100%（用字母表示結(jié)果）

Answer 1

分析 （1）電動機(jī)不轉(zhuǎn)動時為純電阻用電器，根據(jù)歐姆定律求出電動機(jī)線圈的電阻；
（2）當(dāng)電動機(jī)正常轉(zhuǎn)動時，根據(jù)P=UI求出消耗的電功率，根據(jù)P=I²R求出電動機(jī)線圈的熱功率，消耗的電功率減去電動機(jī)線圈的熱功率即為輸出機(jī)械功的功率，輸出機(jī)械功的功率與消耗的電功率的比值即為該玩具電動機(jī)正常轉(zhuǎn)動時將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率．

解答 解：（1）電動機(jī)不轉(zhuǎn)動時為純電阻用電器，
由I=$\frac{U}{R}$可得，電動機(jī)線圈的電阻：
R=$\frac{U}{{I}_{1}}$；
（2）當(dāng)電動機(jī)正常轉(zhuǎn)動時，消耗的電功率：
P_M=UI₂，
電動機(jī)線圈的熱功率：
P_熱=I₂²R=I₂²×$\frac{U}{{I}_{1}}$=$\frac{{{I}_{2}}^{2}U}{{I}_{1}}$，
輸出機(jī)械功的功率：
P_機(jī)械=P_M-P_熱=UI₂-$\frac{{{I}_{2}}^{2}U}{{I}_{1}}$=$\frac{{UI}_{2}（{I}_{1}-{I}_{2}）}{{I}_{1}}$，
該玩具電動機(jī)正常轉(zhuǎn)動時將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率：
η=$\frac{{P}_{機(jī)械}}{{P}_{M}}$×100%=$\frac{\frac{U{I}_{2}（{I}_{1}-{I}_{2}）}{{I}_{1}}}{U{I}_{2}}$×100%=$\frac{{I}_{1}-{I}_{2}}{{I}_{1}}$×100%．
故答案為：UI₂；$\frac{{UI}_{2}（{I}_{1}-{I}_{2}）}{{I}_{1}}$；$\frac{{I}_{1}-{I}_{2}}{{I}_{1}}$×100%．

點評 本題考查了電功率和熱功率以及電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能效率的計算，要注意電動機(jī)不轉(zhuǎn)動時為純電阻用電器、電動機(jī)正常轉(zhuǎn)動時為非純電阻用電器．