第6节 电能（非纯电阻电路讲解） 学案（无答案）

非纯电阻电路
一、理解焦耳定律
焦耳定律是在大量实验的基础上总结得出的，它定量地描述了电能向内能转化的规律。用公式表示，它适用于任何电路。
当电流所做的功全部用来产生热量时，焦耳定律可以根据电功的公式和欧姆定律导出：。这里的条件是电流所做的功全部用于产生热量，而电流做功全部转化成热的情况也只对纯电阻电路才成立。所以上述导出公式只适用于纯电阻电路。例如在电动机工作的电路中，加在电动机两端的电压是U，通过的电流是I，电动机的线圈也有一定的电阻R，此时电流做的功，而电流做的功并没有全部转化为热，绝大部分转化为机械能了，通过线圈电阻R的电流仍使线圈发热，产生的热量为，但此时，而是Q＜W，此时W＝Q＋机械能。
初中阶段所研究的电路仅限于纯电阻电路，如电灯、电炉、电烙铁等电路。故W＝Q成立。所以我们用公式来计算的结果都一样，在不同情况下选用不同的公式进行计算问题会更简单
二、含电动机的电路
含电动机的电路（非纯电阻电路）由于涉及电能转化为机械能（或其他形式的能），电动机正常工作的电压电流关系不再满足，我们需要从能量守恒的角度去研究。
以电动机为例，电动机正常工作时的输入功率（即电动机消耗的总功率）一部分转化为电热，一部分转化为机械能输出。根据能量守恒：

求电动机两端的电压U
求流过电动机的电流I
求电动机的内阻r
求电动机输入功率，用电功率公式计算
求电动机内阻消耗的电热功率，根据焦耳定律求出
注意：4、5中的两个公式不能使用纯电阻电路中的其他变形。
求出、之后，不难求出
举一反三，如果已知、、中的任意两个，则另一个可以通过解能量守恒方程求出。
例题讲练：
例1.一个电动机的线圈电阻是4.4Ω，当把它接在220V电压下工作10min。已知：通过线圈的电流是5A,这时电动机做功____J， 线圈产生的热量是_____J。
例2、某电动机线圈电阻为1Ω，接在220V的直流电压下，工作电流为1A，则电动机消耗的电功率为_____W；发热损耗的电功率为____ W ；转化为机械能的功率为____ W。

例3.某同学的玩具电动车上有一微型直流电动机。从消耗电能方面看，其内部可等效为如图所示的电路。当电动机不转动时，相当于开关S置于“1”；当电动机正常工作时，相当于开关S置于“2”。电阻R1为线圈电阻，它的功率为发热功率；电动机对外做功的功率可用电阻R2的功率代替。
当给它加0.3V电压时，电动机不转，电路中的电流为0.3A，求电阻R1的阻值；
当给它加3V的电压时，电动机正常工作时，电路中的电流为0.4A。求电动机的发热功率及对外做的功率。
当给它加3V的电压而电动机被卡住（电机不转）时，求发热功率。
比较（2）、（3）两个发热功率，你认为电动机正常工作时若被卡住，对电动机会产生什么危害。







例4.物理实验室有一个微型电动机，铭牌上标有“12V3W”的字样。兴趣小组的同学想让这个电动机正常工作，但手边只有一个电压恒为18V的电源，于是他们找来一个阻值合适的电阻R与之串联后接入电路（如图14所示），使小电动机刚好正常工作。
? ? 求：（1）小电动机正常工作时的电流；
? ? ? ?（2）整个电路在1分钟的时间内消耗的总电能；
? ? ? ?（3）小电动机正常工作时，电阻R消耗的电功率。










跟踪训练：

1．“220V、5．5kW”的电动机，线圈电阻为0．4Ω，它在正常工作时的电流为__ _ ___A，1s钟内产生的热量是__ ____J，1s内有___ ___J的电能转化为机械能。

2．一个直流电动机所加电压为U，电流为 I，线圈内阻为 R，当它工作时，下述说法中错误的是 （ ）
A 电动机的输出功率为U2／R B 电动机的发热功率为I2R
C 电动机的输出功率为IU- I2R D 电动机的功率可写作IU= I2R= U2／R

3．一台电阻为2Ω的电动机，接在110V电路中工作时，通过电动机的电流为10A，则这台电动机消耗的电功率为______ ，发热功率为______ ，转化成机械功率为______ ，电动机的效率为______。

4．如图电路中，电阻R = 2Ω，电动机内阻r = 4Ω，电压UAB = 60 V，电压表示数为50V，则电动机消耗的电功率为 ，电动机输出的机械功率为 （电动机机械损耗不计）。

5．一只电炉的电阻丝和一台电动机线圈电阻相同，都为 R。设通过它们的电流相同（电动机正常运转），则在相同的时间内，下述说法中不正确的是（ ）：
A．电炉和电动机产生的电热相等
B．电动机消耗的功率大于电炉消耗的功率
C．电炉两端电压小于电动机两端电压
D．电炉和电动机两端电压相等
6.一台电动机的输出功率是10kW，这表明该电动机工作时( ).
(A)每秒消耗10kw电能 (B)每秒对外做10kw功
(C)每秒消耗10kJ电能 (D)每秒对外做10kJ功
7.一台电动机的电阻为4Ω，在220V的额定电压下运行时，发热消耗的电功率为400W.若电动机工作5min，则电流做功_____ ___J.
8.电动机的线圈阻值为R，电动机正常工作时，两端的电压为U，通过的电流为I，工作时间为t，下列说法中正确的是( ).
(A)电动机消耗的电能为UIt (B)电动机消耗的电能为I2Rt
(C)电动机线圈产生的热量为I2Rt (D)电动机线圈产生的热量为U2t/R

9. 某一用直流电动机提升重物的装置，如图所示，重物的质量m=50千克，电路的电压是110伏，不计各处磨擦，当电动机以V=0.9m/s的恒定速度向上提升重物时，电路中的电流强度I=5安，由此可知，电动机线圈的电阻R= 欧（g取10m/s2）

10.有一个直流电动机，把它接入0.2伏电压的电路中，电机不转，测得流过电动机的电流是0.4安；若把电动机接入2.0伏电压的电路中，电动机正常工作，工作电流是1.0安，求电动机正常工作时的输出功率多大？如果在电动机正常工作时，转子突然被卡住，电动机的发热功率多大？



11.如图所示，有一台提升重物用的直流电动机M，线圈的内阻为r=0.60Ω，与电动机串联的定值电阻阻值为R=10Ω，电路的路端为U=160V．图中理想电压表的示数为110V．求：⑴通过电动机的电流I是多大？⑵电动机的输入功率P是多大？⑶电动机的机械功率P /是多大？






12、某商场安装了一台倾角为30℃的自动扶梯，该扶梯在电压为380V的电动机带动下以0.4m/s的恒定速度向斜上方移动，电动机的最大输出功率为4.9kW，不载人时测得电动机中的电流为5A。
（1）自动扶梯不载人时，电动机的功率是多少？（2）电动机最大的有用功率是多少？
（3）若载入时扶梯的移动速度和不载人时相同，则这台自动扶梯可同时乘载的最多人数为多少？（设人的平均质量为60kg，g=10N/kg）







13、如图所示利用小型发电机给工厂中的电动机和灯泡供电，发电机的输出功率为1ＫＷ，输电电压为２５０Ｖ，发电机与工厂之间距离为为400ｍ，发电机与工厂之间两根输电导线总电阻为7.５Ω，其它导线电阻忽略不计，在该电路中灯泡的实际功率为110W，电动机线圈电阻4Ω。试求：
（1）输电效率为多少？
（2）电动机的电功率以及输出功率。







V


M

U=160V

R