Question

9．小明用伏安法测出自制电动机线圈的电阻为1Ω．
（1）小明发现电动始终只能在某位置晃动而不能持续转动，请帮他分析原因．
（2）修好后线圈两端所加电压为2V时，电流为0.8A，电动机正常工作，自制电动机的效率是多少？
（3）某次实验时线圈与磁铁接触使得线圈无法转动，此时小明发现线圈特别烫，试分析原因．

Answer 1

分析 （1）直流电动机中的换向器可以在线圈刚转过平衡位置时，自动改变线圈中的电流方向，改变线圈的受力方向，使线圈持续转动下去；
（2）电动机工作电压和通过的电流，可以得到总功率；已知线圈电阻和通过的电流，根据公式P=I²R计算线圈消耗的功率，总功率减去线圈消耗的功率就是电动机的输出功率，输出功率与总功率的比值就是这台电动机的效率；
（3）用电器工作过程中将电能转化为其它形式的能．

解答 解：
（1）将电动机线圈放在支架上，因为没有换向器，不能改变线圈中的电流方向，就不能改变线圈的受力方向，所以闭合开关S后，发现线圈只能偏转至水平位置、不能持续转动；这个位置物理学中称为平衡位置，它是线圈平面与磁感线垂直的位置；
（2）因为P=UI，
所以电动机正常工作时的总功率为P=UI=2V×0.8A=1.6W；
线圈消耗的功率：P_圈=I²R_圈=（0.8A）²×1Ω=0.64W，
输出功率：P_出=P_总-P_圈=1.6W-0.64W=0.96W，
这台电动机的效率：η=$\frac{{P}_{输出}}{{P}_{总}}$×100%=$\frac{0.96W}{1.6W}$×100%≈60%．
（3）实验时线圈与磁铁接触使得线圈无法转动，此时电能转化为内能．
答：
（1）线圈处于平衡位置；
（2）60%；
（3）电能转化为机械能．

点评 本题考查电动机工作原理、电功率、效率等的计算和能量转化，关键是公式及其变形的灵活运用，难点是知道在非纯电阻电路中电能转化为机械能和内能．