Question

12．用12V的电源为微型电动机供电的电路如图（甲）所示．当单刀双掷开关S₁、S₂均向上合上时，电动机开始转动，电流I随时间t变化的图象如图（乙）所示．当电流稳定时，电动机正常工作．已知电动机转动时欧姆定律不适用，并忽略温度对电阻的影响，求
（1）当单刀双掷开关S₁、S₂均向下合上时可改变电动机转向（转向或转速）．
（2）电动机的电阻是10Ω，电动机正常工作时的效率是66.7%．

Answer 1

分析 （1）分析单刀双掷开关S₁、S₂均向下合上时的电路变化得出答案．
（2）由图乙可知电动机正常工作时的电流，利用P=UI求电动机正常工作时的功率．
由图乙可知电动机刚开始转动时的电流，此时根据欧姆定律求出电阻，正常转动后，根据P=I²R求出电阻产生热量的功率，则输出功率（有用功率）等于电动机正常工作时的功率和发热功率之差，利用η=$\frac{{P}_{输出}}{P}$求电动机正常工作时的效率．

解答 解：
（1）根据开关的控制作用可以看出，单刀双掷开关S₁、S₂均向下闭合时流入电动机的电流方向改变，可改变电动机的转向，实现电动机的反转．
（2）由图乙可知电动机正常工作时的电流I=0.4A，此时电动机的功率P=UI=12V×0.4A=4.8W，
由图乙可知电动机刚开始转动时的电流I′=1.2A，
由欧姆定律得电动机的电阻：
R=$\frac{U}{I′}$=$\frac{12V}{1.2A}$=10Ω，
电动机正常工作时发热功率：P_热=I²R=（0.4A）²×10Ω=1.6W，
P_输出=P-P_热=4.8W-1.6W=3.2W，
电动机正常工作时的效率：
η=$\frac{{P}_{输出}}{P}$=$\frac{3.2W}{4.8W}$≈66.7%．
故答案为：（1）转向；（2）10Ω；66.7%．

点评 本题考查了开关使用、欧姆定律的应用和效率的计算，要注意刚开始转动时电路中只是电动机的电阻产生电流，电动机正常转动时欧姆定律不适用．