苏科版 初三物理 下学期 第十五章 电功和电热 第三节 电热器 电流的热效应 电动机类计算提优.docx
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苏科版初三物理下学期第十五章电功和电热第三节电热器电流的热效应电动机类计算提优
苏科版初三物理下学期第十五章电功和电热第三节电热器电流的热效应
电动机类计算提优
计算题
1.如图所示,一微型电动机,当电源电压为3V时,闭合开关,电动机不转动,电流表示数为0.6A;当电源电压为12V时,闭合开关,电动机正常工作,电流表示数为0.4A,电动机同时以0.5m/s的速度匀速提升重8N的物体.已知电动机转动时欧姆定律不适用,并忽略温度对线圈电阻的影响,试解答:
(1)电动机线圈的电阻是多大;
(2)电动机正常工作时对重物做功的功率;
(3)电动机正常工作时的机械效率;
2.如图所示,用微型电动机提升8N的物体。
当电源电压为3V时,闭合开关,电动机不转动,电流表示数为0.6A;当电源电压为12V时,闭合开关,电动机正常工作,电流表示数为0.4A,电动机同时以0.5m/s的速度匀速提升物体。
试解答:
(1)电动机线圈的电阻是多大?
(2)电动机正常工作时的输出功率是多少?
(3)电动机正常工作时消耗的电功率是多少?
(4)为什么
(2)和(3)结果不一样?
3.如图所示为电动机提升重物的装置,电动机线圈的电阻为r=1Ω,电动机两端电压为9V,电路中的电流为1.8A,忽略一切摩擦,求:
(1)电动机线圈电阻消耗的热功率;
(2)电动机消耗的电功率;
(3)这台电动机的效率。
4.下图是使用滑轮组提升重物的示意图。
已知物体A的质量为300kg,当物体A以0.1m/s的速度匀速上升时,电动机的输出功率为400W;若将A更换为重力为400kg的物体B时,匀速上升5m的过程中,电动机的效率为80%(不计绳重和摩擦,g取10N/kg)。
求:
(1)物体A匀速上升时,滑轮组的机械效率;
(2)使用该装置提升物体B时,整个装置的机械效率;
(3)使用该装置提升物体B的过程中,消耗的电能。
5.一台电动机的额定电压是220V,其电阻是1Ω,正常工作时,通过的电流是5A,求:
(1)正常工作10min电流做功多少?
(2)正常工作10min获得的机械能是多少?
6.如图所示,是小型建筑工地上使用的罐笼式提升机,提升机机械由两个定滑轮、一个动滑轮和罐笼几个部件构成,用它能把建筑材料从低处匀速提升到高处.如果罐笼和动滑轮的总质量为120kg,一次提升建筑材料360kg,50s内提升高度为l0m,不计滑轮的轮与轴之间的摩擦和钢丝绳子所受的重力,求:
(1)钢丝绳的拉力;
(2)电动机做功的功率;
(3)该提升机此次提升建筑材料的机械效率.
7.在学习了电动机的相关知识后,课外活动小组的同学们在淘宝上购买了几个小电动机,拆开了其中一个小电动机,认认真真地观察和研究它的内部构造,并测得该电动机的电阻为1Ω,给这种小电动机加3V电压,电动机正常工作,通过它的电流为0.3A。
求:
(1)小电动机正常工作时的产热功率;
(2)小电动机正常工作时1s内消耗的电能为多少,且1s内有多少电能转化为机械能。
8.教室里的电风扇正常工作时,通过电动机的电流是0.5A,电动机线圈的电阻是20Ω,则电风扇正常工作5min,消耗多少电能?
9.2018年11月6日,我省第一单由机器人执行配送的快递在长沙某小区完成,下图是执行这次任务的“超影800C”快递机器人图片。
该型机器人自重100kg,最大载重200kg,最高运行时速18km/h,此时驱动机器人行驶的电动机的最大功率为800W。
(g取10N/kg)
(1)求机器人满载时对地面的压力;
(2)若机器人以最大速度行驶4.5km,求此过程中电动机所做的功;
(3)若机器人的效率为80%,求机器人以最大速度匀速行驶时受到的阻力。
10.电动机是一种使用广泛的动力机械,从能量转化的角度看,它主要是把电能转化为机械能,还有一部分能量在线圈中以热量的形式散失掉。
现有一台电动机,当电动机两端加220V电压时,通过电动机线圈的电流为50A。
若已知该电动机线圈的电阻是0.4Ω,求:
(1)该电动机每分钟消耗的电能和产生的热量;
(2)该电动机正常工作时电能转化为机械能的效率为η,电动机两端的电压为U,通过的电流为I,试推导电动机线圈的电阻R的表达式。
答案和解析
1.【答案】解:
(1)电动机不转动时为纯电阻用电器,
由I
可得,电动机线圈的电阻:
;
(2)电动机正常工作时的输出功率,也就是对重物做功的功率,
由
可得,输出功率:
P出=Gv=8N×0.5m/s=4W;
(3)电动机正常工作时消耗的电功率:
P=U′I′=12V×0.4A=4.8W;
电动机正常工作时的机械效率:
。
答:
(1)电动机线圈的电阻是5Ω;
(2)电动机正常工作时的输出功率是4W;
(3)电动机正常工作时的机械效率为83.3%。
【解析】
(1)电动机不转动时为纯电阻用电器,根据欧姆定律求出电动机线圈的电阻;
(2)电动机以0.5m/s的速度匀速提升物体时,绳子的拉力和物体的重力相等,根据
求出电动机正常工作时对重物做功的功率;
(3)知道电动机正常工作时的电压和通过的电流,根据P=UI求出电动机正常工作时消耗的功率,根据
;
对于非纯电阻电路,欧姆定律不可用,电功和电热也是不相等的,但当电动机被卡住时可以当成纯电阻处理。
2.【答案】解:
(1)电动机不转动时为纯电阻用电器,
由I=
可得,电动机线圈的电阻:
R=
=
=5Ω;
(2)电动机正常工作时的输出功率,也就是拉动物体做功的功率,
由P=
=
=Fv可得,输出功率:
P出=Gv=8N×0.5m/s=4W;
(3)电动机正常工作时消耗的电功率:
P=U′I′=12V×0.4A=4.8W;
(4)因为电动机工作时将电能转化为机械能和内能,对应的电功率,则是P总=P机+P热,电动机的消耗的功率就是P总,输出功率就是P机,所以二者不同。
答:
(1)电动机线圈的电阻是5Ω;
(2)电动机正常工作时的输出功率是4W;
(3)电动机正常工作时消耗的电功率是4.8W;
(4)因为电动机工作时将电能转化为机械能和内能,对应的电功率,则是P总=P机+P热,电动机的消耗的功率就是P总,输出功率就是P机,所以二者不同。
【解析】
(1)电动机不转动时为纯电阻用电器,根据欧姆定律求出电动机线圈的电阻;
(2)电动机以0.5m/s的速度匀速提升物体时,绳子的拉力和物体的重力相等,根据P=
=
=Fv求出电动机正常工作时的输出功率;
(3)知道电动机正常工作时的电压和通过的电流,根据P=UI求出电动机正常工作时消耗的功率;
(4)电动机工作时是非纯电阻用电器,消耗的电能大部分转化为机械能,少部分转化为内能。
对于非纯电阻电路,欧姆定律不可用,电功和电热也是不相等的,但当电动机被卡住时可以当成纯电阻处理。
3.【答案】解:
(1)根据焦耳定律,热功率为P热=I2r=(1.8A)2×1Ω=3.24W;
(2)电动机消耗的电功率等于P总=IU=1.8A×9V=16.2W;
(3)电动机的效率
。
答:
(1)电动机线圈电阻消耗的热功率为3.24W;
(2)电动机消耗的电功率为16.2W;
(3)这台电动机的效率是80%。
【解析】
(1)根据P热=I2r求解热功率;
(2)根据P=UI求解电动机消耗的电功率;
(3)机械效率
。
关键明确电动机的输入功率、热功率和输出功率的计算方法,注意功率公式的正确应用,属基础题。
4.【答案】解:
(1)由图知,通过动滑轮绳子的段数n=2,所以电动机拉绳子自由端速度:
v绳=nvA=2×0.1m/s=0.2m/s,
电动机的输出功率为400W,由
可得电动机对绳子自由端拉力:
,
所以提升物体A匀速上升时滑轮组的机械能效率:
;
(2)不计绳重和摩擦,提升A时,
,由此可得动滑轮重:
G动=2F-GA=2×2000N-300kg×10N/kg=1000N,
由
,
当提升物体B时,滑轮组的机械效率:
由
,
电动机的效率为80%,所以整个装置的机械效率:
η″=80%×η′=80%×80%=64%;
(3)使用该装置提升物体B所做有用功:
W有=GBh=mBgh=400kg×10N/kg×5m=2×104J,
由
可得总功,即电动机消耗电能:
。
答:
(1)物体A匀速上升时,滑轮组的机械能效率为75%;
(2)使用该装置提升物体B时,整个装置的机械效率为64%;
(3)使用该装置提升物体B的过程中,消耗的电能3.125×104J。
【解析】
(1)由图知,滑轮组通过动滑轮绳子的段数n=2,由v绳=nvA计算电动机拉绳子自由端的速度,由
v计算电动机对绳子自由端拉力,再由
计算滑轮组的机械能效率;
(2)不计绳重和摩擦,由
计算动滑轮重,再由
计算提升B的机械效率,从而计算整个装置的机械效率;
(3)由W有=GBh计算有用功,由
计算总功,即电动机消耗的电能。
本题主要考查了机械效率的计算,要由图找到通过动滑轮绳子段数,灵活运用机械效率公式是关键。
5.【答案】解:
(1)根据功的计算公式可得:
W=UIt=220V×5A×10×60s=6.6×105J;
(2)根据焦耳定律可得电流产生的热量为:
Q=I2Rt=(5A)2×1Ω×10×60s=1.5×104J,
则消耗电能中转化为机械能为:
W机=6.6×105J-1.5×104J=6.45×105J。
答:
(1)正常工作10min电流做功6.6×105J;
(2)正常工作10min获得的机械能是6.45×105J。
【解析】
(1)已知电动机电压、电流及通电时间,由W=UIt可以求出电流做的功;
(2)已知线圈的电阻和通过的电流以及通电时间,根据公式Q=I2Rt可求这台电动机10min内产生的热量;电动机做的总功减去线圈产生的热量就是电动机输出的机械功。
本题考查电功、电热等的计算,关键是公式及其变形的灵活运用,难点是知道只有在纯电阻电路中电能才完全转化成内能。
6.【答案】解:
(1)GA=mAg=120kg×10N/Kg=1200N
G物=m物g=360kg×10N/Kg=3600N
F=
(G物+GA)=
×(3600N+1200N)=2400N;
(2)由图知,有2段绳子吊着物体,s=2h=2×10m=20m
钢丝绳上拉力做的功:
W总=Fs=2400N×20m=48000J
钢丝绳上拉力的功率:
P=
=
=960W;
(3)此次提升建筑材料做的有用功:
W有用=G物h=3600N×10m=36000J
此次提升建筑材料的机械效率:
η=
×100%=
×100%=75%。
答:
(1)钢丝绳的拉力是2400N;
(2)钢丝绳上拉力的功率为960W;
(3)该提升机此次提升建筑材料的机械效率是75%
【解析】
本题的关键是求出拉力的大小,求拉力的时候容易出错的是忘记罐笼的重力,再就是要牢记动滑轮的特点。
(1)先根据G=mg求出罐笼和动滑轮的总重力,然后根据F=
(G物+GA)求出钢丝绳的拉力;
(2)根据W=Gh算出功,根据P=
算出钢丝绳上拉力的功率;
(3)根据W=Fs,根据η=
求出提升机此次提升建筑材料的机械效率。
7.【答案】解:
(1)小电动机正常工作时的产热功率:
P热=I2R=(0.3A)2×1Ω=0.09W;
(2)1s内消耗的电能为:
W=UIt=3V×0.3A×1s=0.9J,Q=P热t=0.09W ×1s=0.09 J
由能量守恒定律得:
W=W机+Q,
则电能转化为机械能:
W机=W-Q=0.9J-0.09J=0.81J.
答:
(1)小电动机正常工作时的产热功率为0.09W;
(2)小电动机正常工作时1s内消耗的电能为0.9J,1s内有0.81J的电能转化为机械能。
【解析】
本题考查了电功率和热量的计算,要注意电动机是非纯电阻用电器,消耗的电能一小部分转化为热量,大部分转化为机械能。
(1)知道电动机正常工作时的电流和电动机的电阻,根据P=I2R求出产热功率;
(2)根据W=Pt求出1s内产生的热量,电动机消耗的电能减去产生的热量即为电能转化为的机械能。
8.【答案】解:
电动机额定电压为220V,电流为0.5A,电动机正常工作5min,消耗的电能:
W=UIt=220V×0.5A×5×60s=3.3×104J。
答:
电风扇正常工作5min消耗的电能是3.3×104J。
【解析】
根据W=UIt求解电风扇消耗的电能。
本题考查电能的计算,关键明确电动机正常工作时是非纯电阻电路,W≠Q,只能根据W=UIt求电功。
9.【答案】解:
(1)机器人满载时的总质量为:
m总=100kg+200kg=300kg,机器人满载时对地面的压力为:
F=G总=m总g=300kg×10N/kg=3×103N;
(2)机器人以最大速度行驶4.5km所用的时间为:
,
此过程中电动机所做的功为:
W总=Pt=800W×900s=7.2×105J;
(3)电动机所做的有用功为:
W有=ηW总=0.8×7.2×105J=5.76×105J,牵引力为:
,∵机器人匀速行驶,∴f=F=128N。
答:
(1)机器人满载时对地面的压力为3×103N;
(2)此过程中电动机所做的功为7.2×105J;
(3)机器人以最大速度匀速行驶时受到的阻力为128N。
【解析】
本题考查了求压力、压强、行驶时间、牵引力所做功等问题,难度不大,应用压强公式、速度公式、功的计算公式等即可正确解题。
(1)车对水平地面的压力等于车的重力,根据G=mg可得压力;
由压强公式可以求出车对地面的压强.
(2)已知速度与路程,由速度公式的变形公式可以求出车的行驶时间利用功的公式W=Pt求电动机所做的功;
(3)根据效率公式
求出车的有用功。
可以求出车的牵引力,车做匀速直线运动,由平衡条件可以求出机器人以最大速度匀速行驶时受到的阻力。
10.【答案】解:
(1)每分钟该电动机消耗的电能:
W总=UIt=220V×50A×60s=6.6×105J;
线圈每分钟产生的热量:
Q=I2Rt=(50A)2×0.4Ω×60s=6×104J;
(2)电动机正常工作时间为t时,消耗的电能W电=UIt,
产生的机械能W机=W电η,
产生的热量Q=W电-W机=UIt(1-η)=I2Rt,
则电动机线圈的电阻R=
=
=
。
答:
(1)每分钟该电动机消耗的电能是6.6×105J;
线圈每分钟产生的热量是6×104J;
(2)电动机线圈的电阻R为
。
【解析】
本题考查了电功公式、焦耳定律、效率公式的应用,要注意电动机是非纯电阻用电器消耗的电能大部分转化为机械能。
(1)知道电动机工作的电压和通过的电流和工作时间,根据W=UIt求出每分钟该电动机消耗的电能;
知道电路中的电流和线圈的电阻,根据Q=I2Rt求出线圈每分钟产生的热量;
(2)电动机正常工作时间为t时,消耗的电能W电=UIt,
产生的机械能W机=W电η,
产生的热量Q=W电-W机=UIt(1-η)=I2Rt,
则电动机线圈的电阻R=
=
=
。
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