Question

11．小明在实验室组装了一台直流电动机模型，他将电动机模型接入如图（a）所示的电路中，已知电源电压U=3V，并保持不变，线圈电阻R=1Ω，接通电路后，发现机不转动，许老师让他用手指去拨一下线圈试试，结果电动机马上正常转起来，测得电流表读数I=0.8A，已知电动机正常工作时的能量转化关系如图（b）所示，摩擦不计，问：
（1）请你帮助小明分析一下，为什么用手指拨一下后，电动机就能正常转起来？
（2）根据电动机工作时的能量转化，请你在（b）图中填入相应的能量．（选填“电能”、“机械能”或“内能”等）．
（3）电动机正常转动1min消耗的电能W和线圈产生的热量Q．
（4）电动机输出的机械功率P．

Answer 1

分析 （1）直流电动机是根据通电线圈在磁场中受力转动的原理制成的，接通电源后电动机不转动的主要原因有：①电压电压过低，电路中电流太小；磁铁磁性太弱，磁场对通电线圈的力太小；②线圈处于平衡位置，线圈受力平衡；③电动机轴因为生锈而被卡住；线路接触不良，电路中无电流；
（2）根据消耗的和得到的能量分析解答；
（3）由W=UIt计算电动机正常转动1min消耗的电能，由Q=I²Rt计算线圈产生的热量；
（4）由P=UI计算消耗电能的功率，由P=I²R计算产生热的功率，两者差为机械功率．

解答 解：
（1）因为线圈处于平衡位置，线圈受到平衡力的作用，所以不能转动，用手指拨一下后，受力不平衡，所以线圈能转动起来；
（2）电动机工作时，消耗电能，得到了机械能和少量的内能，如图所示：
；
（3）电动机正常转动1min消耗的电能：
W=UIt=3V×0.8A×60s=144J，
线圈产生的热量：
Q=I²Rt=（0.8A）²×1Ω×60s=38.4J；
（4）电动机消耗的电功率：
P_电=UI=3V×0.8A=2.4W，
线圈的发热功率：
P_热=I²R=（0.8A）²×1Ω=0.64W，
输出的机械功率：
P_机械=P_电-P_热=2.4W-0.64W=1.76W．
答：（1）线圈处于平衡位置，线圈受力平衡不能转动，拨动后，线圈受力不平衡而转动起来；
（2）见上图；
（3）电动机正常转动1min消耗的电能为144J，线圈产生的热量38.4J；
（4）电动机输出的机械功率为1.76W．

点评 本题关于电动机的问题，考查了电动机的工作、能量转化、电能、热量及功率的计算，考查内容全面，综合性强，要注意公式的合理应用．