Question

4．如圖所示，電源電壓恒為12V，閉合開關(guān)S，當(dāng)滑動變阻器的阻值為10Ω時(shí)，電壓表的示數(shù)為10V，此時(shí)電動機(jī)正常工作，則滑動變阻器消耗的功率是0.4W．若電動機(jī)內(nèi)部線圈的電阻為2Ω，則通電5min電流通過電動機(jī)內(nèi)部線圈產(chǎn)生的熱量是24J．這段時(shí)間電動機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率為96%．

Answer 1

分析 由電路圖可知，滑動變阻器R與電動機(jī)M串聯(lián)，電壓表測電動機(jī)兩端的電壓，電流表測電路中的電流．
（1）當(dāng)滑動變阻器的阻值為10Ω時(shí)，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)求出滑動變阻器兩端的電壓，根據(jù)串聯(lián)電路的電流特點(diǎn)和歐姆定律求出電路中的電流，利用P=UI求出滑動變阻器消耗的功率；
（2）根據(jù)焦耳定律求出通電5min電流通過電動機(jī)內(nèi)部線圈產(chǎn)生的熱量；根據(jù)W=UIt求出通電5min電動機(jī)消耗的電能，然后減去電動機(jī)內(nèi)部線圈產(chǎn)生的熱量即為獲得的機(jī)械性能，獲得的機(jī)械能與消耗電能的比值即為這段時(shí)間電動機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率．

解答 解：由電路圖可知，滑動變阻器R與電動機(jī)M串聯(lián)，電壓表測電動機(jī)兩端的電壓，電流表測電路中的電流．
（1）當(dāng)滑動變阻器的阻值為10Ω時(shí)，U_M=10V，
因串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，
所以，滑動變阻器兩端的電壓：
U_R=U-U_M=12V-10V=2V，
因串聯(lián)電路中各處的電流相等，
所以，電路中的電流：
I=$\frac{{U}_{R}}{R}$=$\frac{2V}{10Ω}$=0.2A，
滑動變阻器消耗的功率：
P_R=U_RI=2V×0.2A=0.4W；
（2）通電5min電流通過電動機(jī)內(nèi)部線圈產(chǎn)生的熱量：
Q=I²rt=（0.2A）²×2Ω×5×60s=24J，
通電5min電動機(jī)消耗的電能：
W=U_MIt=10V×0.2A×5×60s=600J，
獲得的機(jī)械性能：
W′=W-Q=600J-24J=576J，
這段時(shí)間電動機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率：
η=$\frac{W′}{W}$×100%=$\frac{576J}{600J}$×100%=96%．
故答案為：0.4；24；96%．

點(diǎn)評 本題考查了串聯(lián)電路和歐姆定律、電功率公式的應(yīng)用，要注意電動機(jī)為非純電阻用電器，歐姆定律不適用．