Question

5．電動機是一種使用廣泛的動力機械，它內(nèi)部的線圈有一定的電阻，我們可以將其看作是一個沒有電阻但兩端有一定的電壓U₁的線圈M（理想的電機）與一個電阻r串聯(lián)，如圖所示．從能量轉(zhuǎn)化的角度看，電動機主要是通過線圈M把電能轉(zhuǎn)化為機械能，還有一部分在電阻r中以產(chǎn)生熱量的形式散失掉，把該電動機接在電壓為U=220V的電路兩端，如果通過電阻r中的電流為5A，求：
（1）這臺電動機每分鐘消耗的電能是多少？
（2）若這臺電動機線圈的電阻是4Ω，則線圈每分鐘產(chǎn)生的熱量為多少？
（3）這臺電動機每分鐘所做的機械功是多少？
（4）這臺電動機的機械效率為多少？

Answer 1

分析 （1）知道電動機工作的電壓和通過的電流和工作時間，根據(jù)W=UIt求出每分鐘該電動機消耗的電能；
（2）知道電路中的電流和線圈的電阻，根據(jù)Q=I²Rt求出線圈每分鐘產(chǎn)生的熱量；
（3）每分鐘該電動機消耗的電能減去線圈每分鐘產(chǎn)生的熱量即為獲得的機械性能；
（4）獲得的機械能與消耗電能的比值即為該電動機正常工作時電能轉(zhuǎn)化為機械能的效率．

解答 解：（1）每分鐘該電動機消耗的電能：
W_總=UIt=220V×5A×60s=6.6×10⁴J；
（2）線圈每分鐘產(chǎn)生的熱量：
Q=I²Rt=（5A）²×4Ω×60s=6×10³J；
（3）每分鐘該電動機正常工作時電能轉(zhuǎn)化為的機械能：
W=W_總-Q=6.6×10⁴J-6×10³J=6×10⁴J；
（4）這臺電動機的機械效率：
η=$\frac{W}{{W}_{總}}$×100%=$\frac{6×1{0}^{4}J}{6.6×1{0}^{4}J}$×100%≈90.9%．
答：（1）每分鐘該電動機消耗的電能是6.6×10⁴J；
（2）線圈每分鐘產(chǎn)生的熱量是6×10³J；
（3）這臺電動機每分鐘所做的機械功是6×10⁴J；
（4）這臺電動機的機械效率為90.9%．

點評 本題考查了電功公式、焦耳定律、效率公式的應(yīng)用，要注意電動機是非純電阻用電器消耗的電能大部分轉(zhuǎn)化為機械能．