Question

如圖2-5-3所示為電動機提升重物的裝置，電動機線圈電阻為r=1 Ω，電動機兩端電壓為5 V，電路中的電流為1 A，物體A重20 N，不計摩擦力.求：

圖2-5-3

(1)電動機線圈電阻上消耗的熱功率是多少?

(2)電動機輸入功率和輸出功率各是多少?

(3)10 s內(nèi)，可以把重物A勻速提升多高?

(4)這臺電動機的機械效率是多少?

Answer 1

解析:該題考查電學和力學的綜合知識.我們首先要知道輸入功率就是電動機消耗的總電功率，而輸出功率是機械功率.消耗的電能轉(zhuǎn)化為機械能和內(nèi)能兩部分，由能量守恒定律可解.

(1)根據(jù)焦耳定律，熱功率為：P_熱=I²r=1²×1 W=1 W.在這個過程中一定不能用P=IU求熱功率.原因是加在電動機兩端的電壓有兩個貢獻：①使導體的電阻發(fā)熱;②使電動機轉(zhuǎn)動起來.

(2)電功率等于輸入電流與電動機兩端電壓的乘積

P_入=IU=1×5 W=5 W

輸出功率等于輸入功率減去發(fā)熱消耗的功率

P_出=P_入-P_出=5 W-1 W=4 W.

(3)電動機輸出的功率用來提升重物轉(zhuǎn)化為機械功率，在10 s內(nèi)P_出t=mgh.

解得h= m=2 m.

(4)機械效率η==80％.