Question

8．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．数据记录如表：

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

利用如表数据计算和分析：
（1）电动机不转动时，通电10s，电动机所做的电功W₁和所产生的热量Q₁．
（2）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．
（3）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，电动机不做功，此时电能全部转化为内能，先根据I=$\frac{U}{R}$的变形求出电动机的电阻，根据Q=I²Rt计算所产生的热量Q₁．
（2）电动机转动时，根据电功公式W=UIt计算，根据Q=I²Rt计算所产生的热量Q₂．
（3）根据上述计算结果比较W₁和Q₁的大小关系以及W₂和Q₂的大小关系．

解答 解：（1）电动机不转动时，电能全部转化为内能，所以W₁=U₁I₁t=0.2V×0.2A×10s=0.4J；
因为I=$\frac{U}{R}$，所以电动机不转动时电阻R=$\frac{{U}_{1}}{{I}_{1}}$=$\frac{0.2V}{0.2A}$=1Ω，
电动机所产生的热量Q₁=I₁²Rt=（0.2A）²×1Ω×10s=0.4J；
（2）因为I=$\frac{U}{R}$，通电10s，电动机所做的电功W₂=U₂I₂t=3.0V×1.2A×10s=36J，
电动机转动时电阻R与电动机不转动时的电阻相等，
电动机所产生的热量Q₂=I₂²Rt=（1.2A）²×1Ω×10s=14.4J；
（3）通过上述计算可得，W₁=Q₁，W₂＞Q₂，电动机未转动时，电流经线圈时电能全部转化为热能，因此W₁=Q₁；电动机转动时，电流流经线圈时电能一部分转化为机械能，另一部分转化为热能，因此W₂＞Q₂．
答：（1）电动机所做的电功为0.4J，所产生的热量Q₁是0.4J；
（2）电动机转动时，通电10s，电动机所做的电功率W₂是36J，所产生的热量Q₂是14.4J；
（3）W₁=Q₁，W₂＞Q₂，电动机未转动时，电流经线圈时电能全部转化为热能，因此W₁=Q₁；电动机转动时，电流流经线圈时电能一部分转化为机械能，另一部分转化为热能，因此W₂＞Q₂．

点评 本题考查电功与热量的计算，解答此题的关键是知道电功与热量的计算公式．