Question

11．某同学根据如图所示电路进行实验：先用夹子夹住电动机转轴使其不能转动，闭合开关S，移动滑动变阻器滑片，记下电压表读数和电流表读数．后松开夹子，使电动机转轴转动，移动滑动变阻器滑片，记下电压表读数和电流表读数．数据记录如下表：

	U/V	I/A	W/J	Q/J
不转动	0.2	0.1	W1	Q1
转动	3.0	1.2	W2	Q2

利用上表数据计算和分析：（已知公式：W=UIt、Q=I²Rt）
（1）电动机的电阻为2Ω．
（2）不转动时，通电10s，电动机所做的电功W₁和所产生的热量Q₁；
（3）电动机转动时，通电10s，电动机所做的电功W₂和所产生的热量Q₂；
（4）试比较W₁和Q₁的大小关系以及W₂和Q₂的大小关系，并分析其原因．

Answer 1

分析 （1）电动机不转动时，电能全部转化为内能，利用欧姆定律求电动机的电阻；
（2）电动机不转动时，利用电功公式W=UIt求消耗的电能，利用焦耳定律Q=I²Rt求产生的热量；
（3）电动机转动时，根据电功公式W=UIt消耗的电能，利用焦耳定律Q=I²Rt求产生的热量；
（4）根据上述计算结果得出W₁和Q₁、W₂和Q₂的大小关系并分析原因．

解答 解：
（1）电动机不转动时，此时电动机可看作纯电阻，由欧姆定律可得电动机的电阻：
R=$\frac{{U}_{1}}{{I}_{1}}$=$\frac{0.2V}{0.1A}$=2Ω；
（2）电动机不转动时，通电10s电动机所做的电功：
W₁=U₁I₁t=0.2V×0.1A×10s=0.2J；
通电10s电动机所产生的热量：
Q₁=I₁²Rt=（0.1A）²×2Ω×10s=0.2J；
（2）电动机转动时，通电10s电动机所做的电功：
W₂=U₂I₂t=3.0V×1.2A×10s=36J，
电动机转动时，其线圈的电阻R不变，仍然为2Ω，
通电10s电动机所产生的热量：
Q₂=I₂²Rt=（1.2A）²×2Ω×10s=28.8J；
（3）通过上述计算可得，W₁=Q₁，W₂＞Q₂；
电动机未转动时，电流流经电动机线圈时电能全部转化为内能，因此W₁=Q₁；电动机转动时，电流流经电动机线圈时电能一部分转化为机械能，另一部分转化为内能，因此W₂＞Q₂．
故答案为：
（1）2；
（2）不转动时，通电10s，电动机所做的电功为0.2J，所产生的热量为0.2J；
（3）电动机转动时，通电10s，电动机所做的电功为36J，所产生的热量为28.8J；
（4）电动机未转动时，电流流经电动机线圈时电能全部转化为内能，因此W₁=Q₁；电动机转动时，电流流经电动机线圈时电能一部分转化为机械能，另一部分转化为内能，因此W₂＞Q₂．

点评 本题考查电功与热量的计算，解答此题的关键是利用好电功与热量的计算公式．