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直流电动机提升重物，电压为110V且保持不变，电路中的电流为5A，质量为50Kg的重物在电动机的带动下以0.9m/s的速度匀速上升，各处摩擦不计，请计算：（1）电动机的耗电功率；（2-物理
[db:作者]  2020-06-01 00:00:00  互联网

题文

直流电动机提升重物，电压为110V且保持不变，电路中的电流为5A，质量为50Kg的重物在电动机的带动下以0.9m/s的速度匀速上升，各处摩擦不计，请计算：
（1）电动机的耗电功率；
（2）电动机的机械功率：
（3）电动机的发热功率；
（4）电动机的机械效率；
（5）电动机线圈的电阻．
题型：问答题  难度：中档

答案

（1）电动机的耗电功率P电=UI=110V×5A=550W；
（2）电动机的机械功率P机械=
W
t
=
Gh
t
=
mgh
t
=mgv=50kg×10N/kg×0.9m/s=450W；
（3）电动机的发热功率P热=P电-P机械=550W-450W=100W；
（4）电动机的机械效率η=
W机械
W电
=
P机械
P电
=
450W
550W
≈81.8%；
（5）电动机线圈的电阻R=
P热
I2
=
100W
(5A)2
=4Ω．
答：（1）电动机的耗电功率为550W；
（2）电动机的机械功率为450W；
（3）电动机的发热功率为100W；
（4）电动机的机械效率约为81.8%；
（5）电动机线圈的电阻为4Ω．

据专家权威分析，试题“直流电动机提升重物，电压为110V且保持不变，电路中的电流为5A，..”主要考查你对  功率的计算，机械效率的计算，欧姆定律及其应用，电功率的计算  等考点的理解。关于这些考点的“档案”如下：

功率的计算机械效率的计算欧姆定律及其应用电功率的计算

考点名称：功率的计算

  • 功率的计算公式：
    （1）P=W/t，其中P代表功率，单位为W，W代表功，单位为J；t代表时间，单位为s。
    （2）因为P=W/t，W=Fs，v=s/t，所以P=W/t=Fs/t=Fv，P=Fv是功率的又一表达式。

  • 公式法计算功率：
         运用时一定要注意三个量的对应关系。“W”一定是对应“t”完成的，不能张冠李戴。单位要统一，P、W、t的单位分别为瓦、焦、秒。
    例1 如图所示，铁明同学向上跳台阶进行晨练，铁明重500N，在10s内匀速连跳12个台阶，每个台阶的高度为0．2m。在这个过程中，已知铁明克服摩擦做功为2800J，求出此过程中：

    (1)铁明竖直向上跳的平均速率多大?
    (2)铁明克服重力做功是多少?
    (3)铁明做功的总功率多大?
    解析：竖直向上跳的平均速度可以通过向上跳的总高度与所用时间利用速度公式求出，克服重力做功等于重力与高度的乘积，即，总功率可以通过所做的总功和时间利用功率公式求得。
    （1）0.24m/s
    （2）
    （3）

    例2在打捞海底沉船时，常用水下机器人潜入水下打捞船上物品，已知ρ海水=1．03×103kg／m3。
    (1)机器人在水下70m处受到海水产生的压强是多大?
    (2)某时刻机器人在水下用竖直向上的力举着体积为0.02m3，密度为2.7×103kg/m3的物体静止不动，求该力的大小。
    (3)若机器人在水下运动时，所受海水阻力与速度的关系如图所示，求机器人在水下以0．5m／s的水平速度匀速运动时，机器人水平推进力的功率。

    解析：（1）由液体压强公式得，，
    （2）物体在水下受平衡力的作用，则
    则
    （3）由题图可知，海水阻力与机器人的运动速度成正比，当机器人运动速度为0．5m/s时，f=175N 机器人匀速前进时，机器人水平推进力F=f
    P=Fv=175N×0．5m/s=87．5W
    答案：（1）7.21×105Pa（2）334N（3）87.5W

考点名称：机械效率的计算

  • 机械效率的定义：
    有用功跟总功的比值叫做机械效率；

    计算公式：
    η=

  • 机械效率的意义：
    （1）机械效率的功率是标志机械做功性能好坏的物理量，机械效率越高，这个机械的性能越好。

    （2）机械效率的高度并不决定使用机械是省力还是费力，效率高只说明有用功在总功所占的比例；省力还是费力是指做一定的有用功时，所用动力的大小。机械效率高不一定省力。

  • 功，功率和机械效率的比较：
    物理量 物理意义 定义 符号 公式 单位 说明
    功 做功即能量的转化 有力作用在物体上，并且物体在力的方向上移动了一段距离，就说力对物体做了功 W W=Fs J l. 功率大小由功和时间共同决定，单独强调某一方面是错误的 2．功率和机械效率是两个不同的物理量，它们之问没有直接关系
    功率 做功快慢 单位时间内完成的功 P W(国际单位)
    kW，MW（常用单位）
    机械效率 反映机械性能的物理量 有用功占总功的总值 η 无

  • 汽车的机械效率和功率：
        机械效率与功率是两个完全不同的概念。
        这两个物理量是从不同方面反映机械性能的，它们之间没有必然的联系。
        功率大表示机械做功快；机械效率高表示机械对总功的利用率高。功率大的机械不一定机械效率高。内燃机车功率可以达到几千千瓦，但效率只有30％r～ 40%，反之，机械效率高的机械功率不一定大。安装在儿童玩具汽车里的电动机效率可达80%，但功率却只有凡瓦特。

考点名称：欧姆定律及其应用

  • 内容：
    通过导体的电流与导体两端的电压成正比，与导体的电阻成反比；

    公式：
    I=U/R，U表示导体两端的电压，单位是V；R表示导体的电阻，单位是Ω；I表示通过导体的电流，单位是A。

    单位使用:
    使用欧姆定律时各物理量的单位必须统一,I的单位是A，U的单位是V，R的单位是Ω。

  • 解析“欧姆定律”：
         欧姆定律是电学中的基本定律和核心内容，是贯穿整个电学的主线，下面我们从以下几个方面进行深入分析．
    1．要理解欧姆定律的内容
    (1)欧姆定律中的关于成正比、成反比的结论是有条件的。如果说导体中的电流与导体两端的电压成正比，条件就是对于同一个电阻，也就是说在电阻不变的情况下；如果说导体中的电流与导体的电阻成反比，条件就是导体两端的电压不变。
    (2)注意顺序，不能反过来说，电阻一定时，电压跟电流成正比。这里存在一个逻辑关系，电压是原因，电流是结果。是因为导体两端加了电压，导体中才有电流，不是因为导体中通了电流才有了电压，因果关系不能颠倒。
        同样也不能说导体的电阻与通过它的电流成反比。我们知道，电阻是导体本身的一种性质，即使导体中不通电流，它的电阻也不会改变，更不会因为导体中电流的增大或减小而使它的电阻发生改变。

    2．要知道欧姆定律的公式和单位 欧姆定律的表达式，可变形为U=IR和R=，但这三个式子是有区别的。
    (1)，是欧姆定律的表达式，它反映了通过导体的电流的大小跟导体两端所加的电压这个外部原因和导体本身的电阻这个内部原因之间的因果关系。
    (2)U=IR，当电流一定时，导体两端的电压跟它的电阻成正比。不能说成导体的电阻一定时导体两端的电压与通过的电流成正比，因为电压是形成电流的原因。电压的大小由电源决定，跟I、R无关，此式在计算比值时成立，不存在任何物理意义。
    (3)，此公式也是一个量变式，不存在任何物理意义。不能误认为导体的电阻跟导体两端的电压成正比，跟导体中的电流成反比。公式中的I、U、R都要用国际单位，即电流的单位为安培，符号A；电压的单位为伏特，符号V；电阻的单位为欧姆，符号Ω，且有。

    3．要明白定律的适用范围
    (1)定律只适用于金属导电和液体导电，对于气体、半导体导电一般不适用。
    (2)定律只适用于纯电阻电路。如：电路中只接有电阻器、电热器、白炽灯等用电器的电路。对于非纯电阻电路，如：电动机电路、日光灯电路等，则不能直接应用。

    4．要理解欧姆定律的注意事项
    (1)物理量的同一性。叙述欧姆定律时，在两个 “跟”字后面都强调了“这段导体”四个字，它是指对电路中同一导体或同一电路而言。所以在运用欧姆定律等进行计算时，必须注意同一性，即I、R、U必须是 同一导体或同一段电路中的物理量。在表示I、U、R 时，注意脚标的一一对应。
    (2)物理量的同时性。由于电路的连接方式发生改变，开关的断开或闭合，或滑动变阻器滑片的左右移动都可能使电路中总电阻发生变化，从而可能引起电路中电流和各部分电阻两端的电压发生变化。因此，必须注意在同一时刻、同一过程中的电压、电阻与电流的相互对应，不可将前后过程的I、R、U随意混用。

  • 利用欧姆定律进行计算：
       根据串、并联电路的特点和欧姆定律的公式可进行有关计算。
    解题的方法是：(1)根据题意画出电路图，看清电路的组成(串联还是并联)；
    (2)明确题目给出的已知条件与未知条件，并在电路图上标明；
    (3)针对电路特点依据欧姆定律进行分析；
    (4)列式解答。
    例1如图所示的电路中，电阻尺。的阻值为10Ω。闭合开关S，电流表A1的示数为2A，电流表A2的示数为0．8A，则电阻R2的阻值为____Ω。

    解析:闭合开关s，R1与R2并联，电流表A1测 R1与R2中的电流之和，即；电流表A2测R2中的电流I2，则，电源电压，则=15Ω

    答案：15

    如何判断电压表、电流表的示数变化：
     1．明确电路的连接方式和各元件的作用
    例如：开关在电路中并不仅仅是起控制电路通断的作用，有时开关的断开和闭合会引起短路，或改变整个电路的连接方式，进而引起电路中电表示数发生变化。
    2．认清滑动变阻器的连入阻值例如：如果在与变阻器的滑片P相连的导线上接有电压表，如图所示，则此变阻器的连人阻值就是它的最大阻值，并不随滑片P的滑动而改变。
    3．弄清电路图中电表测量的物理量在分析电路前，必须通过观察弄清各电表分别测量哪部分电路的电流或电压，若发现电压表接在电源两极上，则该电压表的示数是不变的。
    4．分析电路的总电阻怎样变化和总电流的变化情况。
    5．最后综合得出电路中电表示数的变化情况。

    例1如图所示的电路中，电源两端电压保持不变，当开关S闭合时，灯L正常发光。如果将滑动变阻器的滑片P向右滑动，下列说法中正确的是(   )

    A．电压表的示数变大，灯L变亮
    B．电压表的示数变小，灯L变暗
    C．电压表的示数变大，灯L变暗
    D．电压表的示数变小，灯L变亮

    解析：题中L、R1、R2三元件是串联关系，R2的滑片P向右滑动时，电路中总电阻变大，电流变小，灯L 变暗，其两端电压变小，电压表测除灯L以外的用电器的电压，电源总电压不变，所以电压表示数变大。所以选C项。

    答案：C

    滑动变阻器滑片移动时，电表的示数变化范围问题：
         解决此类问题的关键是把变化问题变成不变问题，把问题简单化。根据开关的断开与闭合情况或滑动变阻器滑片的移动情况，画出等效电路图，然后应用欧姆定律，结合串、并联电路的特点进行有关计算。

    例1如图甲所示电路中，电源电压为3V且保持不变，R=10Ω，滑动变阻器的最大阻值R’=20Ω，当开关s闭合后，在滑动变阻器的滑片由A端移动到B 端的过程中，电流表示数的变化范围是______。

    解析：把滑片在A点和B点时的电路图分别画出来，如图乙、丙所示，应用欧姆定律要注意I、U、R的同一性和同时性。滑片在A端时， 0．3A；滑片在B端时 =0．1A。

    答案：0．3～0．1A

  • 欧姆定律知识梳理：

  • 用欧姆定律分析短路现象：

         导线不通过用电器而直接连到电源两极上，称为短路，要是电源被短路，会把电源烧坏。还有一种短路，那就是用电器被短路。如图所示的电路中，显然电源未被短路。灯泡L1的两端由一根导线直接连接。导线是由电阻率极小的材料制成的，在这个电路中，相对于用电器的电阻来说，导线上的电阻极小，可以忽略不计。图中与L1并联的这段导线通过灯泡L2接在电源上，这段导线中就有一定的电流，我们对这段导线应用欧姆定律，导线两端的电压U=IR，由于R→0，说明加在它两端的电压U→0，那么与之并联的灯泡L1两端的电压U1=U→0，在L1上应用欧姆定律知，通过L1 的电流，可见，电流几乎全部通过这段导线，而没有电流通过L1，因此L1不会亮，这种情况我们称为灯泡L1被短路。
         如果我们在与L1并联的导线中串联一只电流表，由于电流表的电阻也是很小的，情形与上述相同，那么电流表中虽然有电流，电流表有读数，但不是L1中的电流，电路变成了电流表与L2串联，电流表的读数表示通过L2的电流，L1被短路了。

    例：在家庭电路中，连接电灯电线的绝缘皮被磨破后可能发生短路，如果发生短路，则会造成(   )
    A．电灯两端电压增大
    B．通过电灯的电流减小
    C．电路中保险丝熔断
    D．电灯被烧坏

    解析由于发生短路时，电路中电阻非常小，由 欧姆定律知，电路中的电流将非常大，所以保险儿丝将熔断。

    答案：C

    注意防雷：
    1．雷电现象及破坏作用
         雷电是大气中一种剧烈的放电现象。云层之间、云层和大地之间的电压可达几百万伏至几亿伏。根据，云与大地之间的电压非常高，放电时会产生很大的电流，雷电通过人体、树木、建筑物时，巨大的热量和空气的振动都会使它们受到严重的破坏。因此，我们应注意防雷。避雷针就可以起到防雷的作用。

    2.  避雷针
         避雷针是金属做的，放在建筑物的高处，当电荷传至避雷针尖上时极易沿着金属线流入大地。这一电流通道可使云层和建筑物间的正、负电荷中和，使云层放出的电荷完全通过避雷针流人大地而不会损坏建筑物。

考点名称：电功率的计算

  • 电功率的计算公式：
    1. 定义式：P=W/t

    2. 常用公式：P=W/t=UIt/t=UI，即P=UI

  • 并、串联电路的总功率：
    1．并联电路的总功率
    因为P1=I1U，P2=I2U
    P=IU=（I1+I2）U=I1U+I2U，所以P=P1+P2
    即并联电路的总功率等于各并联用电器的电功率之和。
    并联电路电功率的分配：
    因为P1=I1U，P2=I2U，
    所以
    又因为，所以
    即并联电路中，电功率的分配跟电阻成反比。

    2. 串联电路的总功率
    因为P1=I1U，P2=I2U
    P=IU=（I1+I2）U=I1U+I2U，所以P=P1+P2
    即串联电路中总功率等于各串联电器的电功率之和。
    串联电路电功率的分配：
    因为P1=I1U，P2=I2U
    所以
    又因为，所以

  • 灯泡铭牌问题
      “铭牌问题”是电功率知识与实际生活相结合的热点问题，做这类题目时，首先要读懂用电器的“铭牌”。
    如图：灯泡上的铭牌。“PZ”是“普通照明灯泡”中 “普”和“照”的汉语拼音的第一个字母，表示灯泡的型号。另外可知：U额=220V，P额=25W。

    例：甲、乙两灯泡分别标有“220V 40W”和 “110V 40W”字样，将它们串联起来接入220V电路中，比较两灯的亮度，则(  )
    A．甲灯亮B．乙灯亮 C．一样亮D．无法判断

    解析：灯的亮度决定于灯的实际功率，串联时电流相同，根据P=I2R，电阻大的实际功率大，灯更亮一些。根据有。，R乙=，所以，甲灯更亮一些。


    公式法计算电功率：
    1.
         这是电功率的定义式，此公式适用于各种用电器和电路。
    2. P=UI
         这是电功率的决定式，即电功率是由用电器两端的电压和通过它的电流之积来决定的。此公式适用于所有电路，它是“伏安法”测小灯泡电功率的理论依据。该公式表明，用电器的实际功率等于实际电压与实际电流的乘积。常常借助于用电器的铭牌用此公式来计算用电器的额定电流，进而计算用电器的电阻；当然这个公式的最大用处还是用来计算各类用电器实际消耗的电功率或电路的总功率。
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