Question

5．圖中電源電動(dòng)勢(shì)E=10V，內(nèi)電阻r=0.5Ω．將一盞額定電壓為8V，額定功率為16W的燈泡與一只線圈電阻為0.5Ω的直流電動(dòng)機(jī)并聯(lián)后和電源相連，燈泡剛好正常發(fā)光，通電100min問：
（1）電源提供的能量是多少？
（2）電流對(duì)燈泡和電動(dòng)機(jī)所做的功各是多少？
（3）燈絲和電動(dòng)機(jī)線圈產(chǎn)生的熱量各是多少？
（4）電動(dòng)機(jī)的效率為多少？

Answer 1

分析 （1）由題意可知電路中的路端電壓，則由閉合電路歐姆定律可求得電路中的電流，由P=UIt可求得電源提供的能量；
（2）由W=Pt可求得電流對(duì)燈泡所做的功；由W=UIt可求得電流對(duì)電動(dòng)機(jī)所做的功；
（3）由Q=I²Rt可求得燈絲與電動(dòng)機(jī)線圈產(chǎn)生的熱量；
（4）由η=$\frac{{P}_{出}}{{P}_{入}}$×100%可求得電動(dòng)機(jī)的效率．

解答 解：（1）由題意可知，電路的路端電壓U=8V，則內(nèi)電壓U_內(nèi)=E-U=10V-8V=2V；
電路中電流I=$\frac{{U}_{內(nèi)}}{r}=\frac{2}{0.5}$=4A；
故電源提供的能量W=EIt=10×4×100×60J=2.4×10⁵J；
（2）電流對(duì)燈絲做功W_燈=Pt=16×100×60J=9.6×10⁴J；
燈泡中的電流I_燈=$\frac{P}{U}=\frac{16}{8}=2A$；
由并聯(lián)電路的規(guī)律可知，通過電動(dòng)機(jī)的電流I_機(jī)=I-I_燈=4A-2A=2A；
電流對(duì)電動(dòng)機(jī)所做的功W=UI_機(jī)t=8×2×6000J=9.6×10⁴J；
（3）燈絲為純電阻故燈絲產(chǎn)生的熱量等于電流所做的功，故Q=W_燈=9.6×10⁴J；
而電動(dòng)機(jī)線圈產(chǎn)生的熱量Q_機(jī)=I_機(jī)²R_機(jī)t=2²×0.5×6000J=1.2×10⁴J；
（4）電動(dòng)機(jī)的效率η=$\frac{{W}_{機(jī)}-{Q}_{機(jī)}}{{W}_{機(jī)}}$×100%=$\frac{96000-12000}{96000}$×100%=87.5%．
答：（1）電源提供的能量是2.4×10⁵J； （2）電流對(duì)燈泡做的功為9.6×10⁴J，對(duì)電動(dòng)機(jī)所做的功是9.6×10⁴J；（3）電動(dòng)機(jī)的線圈產(chǎn)生的熱量是1.2×10⁴J； （4）電動(dòng)機(jī)的效率是87.5%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查電路中電功及電熱的區(qū)別，要注意焦耳定律及電功公式在非純電阻電路中均可使用，但焦耳定律只能求產(chǎn)生的熱量．