高二物理题含电动机电
路分析
文件排版存档编号：[UYTR-OUPT28-KBNTL98-UYNN208]
1．一台小型电动机在3 V 电压下工作，用此电动机提升所受重力为4 N 的物体时，通过它的电流是 A 。在30 s 内可使该物体被匀速提升3 m 。若不计除电动机线圈生热之外的能量损失，求：
(1)电动机的输入功率；
(2)在提升重物的30 s 内，电动机线圈所产生的热量； (3)线圈的电阻。
解析：(1)电动机的输入功率P 入＝UI ＝×3 W＝ W. (2)电动机提升重物的机械功率P 机＝Fv ＝(4×3/30) W＝ W. 根据能量关系P 入＝P 机＋P Q ，得生热的功率P Q ＝P 入－P 机＝－W ＝ W. 所生热量Q ＝P Q t ＝×30 J＝6 J.
(3)根据焦耳定律Q ＝I 2Rt ，得线圈电阻R ＝
Q I 2t ＝6×30
Ω＝5 Ω. 2、如图所示，已知电源电动势E =20V ，内阻r =l Ω，当接入固定电阻R =4Ω时，电路中标有“3V,
6W”的灯泡L 和内阻R D =Ω的小型直流电动机D 都恰能正常工作.试求： (1)电路中的电流大小； (2)电动机的额定电压； (3)电动机的输出功率．
19（12分）⑴灯泡L 正常发光，电路中的电流为6
2A 3
L L P I U =
== ⑵由闭合电路欧姆定律可求得，电动机的额定电压为
U D =E －I (r +R )－U L =20－2×（1＋4）－3＝7V
⑶电动机的总功率为P 总＝IU D ＝2×7＝14W 电动机的热功率为P 热＝I 2R D ＝22×＝2W
所以电动机的输出功率为P 出＝P 总－P 热＝14－2＝12W
3．如图所示，A 为电解槽，M 为电动机，N 为电炉子，恒定电压U ＝12 V ，电解
槽内阻r A＝2 Ω，当S1闭合、S2、S3断开时，电流表A示数为6 A；当S2闭合、
S
1、S
3
断开时，A示数为5 A，且电动机输出功率为35 W；当S
3
闭合、S
1
、S
2
断开
时，A示数为4 A．求：
(1)电炉子的电阻及发热功率各多大
(2)电动机的内阻是多少
(3)在电解槽工作时，电能转化为化学能的功率为多少
【解析】(1)电炉子为纯电阻元件，由欧姆定律I＝U
R
得R＝
U
I1
＝2 Ω，其发热功
率为P R＝UI1＝12×6 W＝72 W.
(2)电动机为非纯电阻元件，由能量守恒定律得UI2＝I22r M＋P输出，所以r M＝
UI2－P输出
I22＝
12×5－35
52
Ω＝1 Ω.
(3)电解槽工作时，由能量守恒定律得：P化＝UI3－I23r A所以P化＝(12×4－42×2) W＝16 W.
【答案】(1)2 Ω72 W (2)1 Ω(3)16 W
4．利用电动机通过如图所示的电路提升重物，已知电源电动势E＝6 V，电源内阻r＝1 Ω，电阻R＝3 Ω，重物质量m＝ kg，当将重物固定时，电压表的示数为 5 V，当重物不固定，且电动机最后以稳定的速度匀速
提升重物时，电压表的示数为 V，求重物匀速上升时的速度
大小(不计摩擦，g取10 m/s2)．
解析：设电动机内阻为r′当将重物固定时I＝E－U
r
＝1 A
R＋r′＝U
I
＝5 Ω，r′＝2 Ω当重物不固定时I′＝
E－U
r
＝ A
P出＝UI′＝ W，P
R
＋P r′＝I′2(R＋r′)＝ W
所以重物的功率P＝P出－P R－P r′＝mgv，解得v＝ m/s答案： m/s
5．(10分)在图2－28所示电路中，电源电动势E＝6 V，内阻r＝1 Ω.D为直流电动机，其电枢线圈电阻R＝2 Ω，限流电阻R′＝3 Ω.当电动机正常工作时，电压表示数为 V．求：
(1)通过电动机的电流是多大
(2)电动机输入的电功率、转变为热量的功率和输出机械功率各是多少
解析：(1)通过电动机的电流I与流过限流电阻R′的电流相同，由I＝
U
R′
得：I
＝错误! A＝ A.
(2)由E＝Ir＋U＋U D可得电动机两端电压U D＝E－Ir－U＝6 V－×1 V－ V＝ V
所以电动机输入的电功率P入＝U D I＝ W.电动机的发热功率P热＝I2R＝ W.
电动机的输出功率P出＝P入－P热＝ W.答案：(1) A (2) W W W
6．如图所示电路，电炉电阻R1＝19 Ω，电动机电阻R2＝Ω，电源内阻r＝1 Ω.当开关S断开时，电炉消耗的电功率为475 W，S接通、电动机正常运转后，电
炉消耗的电功率为304 W．求电动机转化为机械能的功率．
解析：S断开时外电路为纯电阻电路，电路中电流I＝P1
R1
＝
475
19
A＝5
A，由此可解得电源电动势E＝I(R1＋r)＝5×(19＋1) V＝100 接通后外电路有两个支路，除纯电阻负载R1支路外，另一支路负载为电动机，R1支路中的电流I1＝
P1′R1＝
304
19
A＝4 A.路端电压U＝I1R1＝4×19 V＝76 V.由I＝
E－U
r
＝
100－76
1
A＝24 A可知，电动机支路的电流I2＝(24－4) A＝20 A.电动机输入的电功率P2＝I2U＝20×76 W＝1 520 W；电动机中的热功率P耗＝I22R2＝202× W＝200 W；因此电动机转化为机械能的功率P机＝I2U－I22R2＝1 320 W.答案：1 320 W
7. 如右图所示，电源的电动势是 6 V，内电阻是Ω，小电动机M的线圈电阻为Ω，限流电阻R0为3 Ω，若电压表的示数为3 V，试求：
(1)电源的功率和电源的输出功率；
(2)电动机消耗的功率和电动机输出的机械功率．
【解析】(1)由题意和部分电路欧姆定律可知I＝UR0
R0
＝
3
3
A＝1 A.
电源的功率P电＝EI＝6×1 W＝6 W电源的输出功率P出＝P电－I2r＝6 W－ W＝ W.
(2)电动机消耗的功率P M＝IU M＝I(E－Ir－UR0)＝ W
电动机输出的机械功率P机＝P M－I2r＝ W－ W＝2 W.
【答案】(1)6 W W (2) W 2 W
8．如下图所示，电源电动势为12 V，内电阻为r＝1 Ω，R1＝1 Ω，R2＝6 Ω，电动机线圈电阻为Ω，若开关闭合后通过电源的电流为 3 A，则R1上消耗的电
功率为多少电动机消耗的电功率为多少
解析：R1上消耗的功率P1＝I2R1＝9×1 W＝9 W电动机两端的电压U＝E－I(R1＋
r)＝12 V－3×(1＋1) V＝6 V通过R2的电流为I1＝U
R2
＝
6
6
A＝1 A通过电动机的
电流为I2＝I－I1＝2 A故电动机消耗的电功率为P2＝I2U＝2×6 W＝12 W.答案：9 W 12 W
9．规格为“220 V,36 W”的排气扇，线圈电阻为40 Ω，求：
(1)接上220 V的电压后，排气扇转化为机械能的功率和发热的功率；
(2)如果接上电源后，扇叶被卡住，不能转动，求电动机消耗的功率和发热的功率．
12．解析：(1)排气扇在220 V的电压下正常工作时的电流为I＝P
U
＝
36
220
A≈
A ，
发热功率为P热＝I2R＝2×40 W≈1 W.转化为机械能的功率为P机＝P－P热＝36 W－
1 W＝35 W.
(2)扇叶被卡住不能转动后，电动机成为纯电阻用电器，电流做功全部转化为热
能，此时电动机中电流为I′＝U
R
＝
220
40
A＝ A，电动机消耗的功率即电功率等于
发热功率．P′电＝P′热＝UI′＝220× W＝1 210 W.答案：(1)35 W 1 W (2)1 210 W 1 210 W
10．如图所示，已知电源电动势E＝20 V，内阻r＝1 Ω，当接入固定电阻R＝4 Ω时，电路中标有“3 V,6 W”的灯泡L和内阻R D＝Ω的小型直流电动机D都恰能正常工作．试求：
(1)电路中的电流大小；
(2)电动机的额定电压；
(3)电动机的输出功率．
解析：(1)灯泡L正常发光，电路中的电流为I＝P L/U L＝6
3
A＝
2 A.
(2)由闭合电路欧姆定律可求得，电动机的额定电压为U D＝E－I(r＋R)－U L＝20 V－2×(1＋4) V－3 V＝7 V.
(3)电动机的总功率为P总＝IU D＝2×7 W＝14 W
电动机的热功率为P热＝I2R D＝22× W＝2 W
所以电动机的输出功率为P出＝P总－P热＝14 W－2 W＝12 W.
答案：(1)2 A (2)7 V (3)12 W
11．如图所示，电源电动势为E＝30 V，内阻为r＝1 Ω，电灯上标有“6 V，12 W”字样，直流电动机线圈电阻R＝2 Ω.若电灯恰能正常发光，求
电动机输出的机械功率．
解析：由电灯恰能正常发光知：I＝P
U灯
＝
12
6
A＝2 A.
则电动机两端电压U＝E－Ir－U灯＝22 V.所以电动机的输出功率P＝UI－I2R＝36 W.答案：36 W
12．如图所示，电源的电动势E＝110 V，电阻R1＝21 Ω，电动机的电阻R0＝
Ω，开关S
1始终闭合。当开关S
2
断开时，电阻R1的电功率是525 W；当开关S2闭
合时，电阻R1的电功率是336 W，求：
(1)电源的内电阻；
(2)当开关S
2
闭合时流过电源的电流和电动机的输出功率。9．答案：(1)1 Ω(2)26 A 1 606 W
解析：(1)电键S1闭合，R1的电功率525 W＝
U2
1
21 Ω
，U
1
＝105 V。
E－U
1
r
＝
U
1
R
1
，
则r＝E－U
1
R
1
U
1
＝
110－105×21
105
Ω＝1 Ω。
(2)电键S2闭合时，336 W＝
U
1
′2
21 Ω
，U
1
′＝84 V。流过电源电流I＝
E－U
1
′
r
＝
110－84
1
A＝26 A。
通过电动机的电流I M＝I－IR
1＝(26－
84
21
)A＝22 A电动机的输入功率P入＝U1′I M
＝84×22 W＝1 848 W
电动机的输出功率P
出＝P
入
－I2M R
＝1 848 W－222× W＝1 606 W。
14．(16分)某一直流电动机提升重物的装置如图7所示，重物的质量m＝50 kg，电源提供的电压U＝110 V，不计一切摩擦．当电动机以v＝ m/s的恒定速度向上提升重物时，电路中的电流I＝ A，
(1)由此可知电动机线圈的电阻R是多少
(2)用此电动机提升质量为m′＝20 kg的重物，电动机的输入功率不变，提
升速度是多少(g取10 m/s2)
解析(1)由题意可知，电动机输入的电能一部分转化为线圈的内能，一部分对外输出转化为被提升重物的机械能，由能量的转化和守恒定律可得：UI＝I2R
＋mgv解得：R＝U
I
－
mgv
I2
＝
?
?
?
?
?
110
5
－
50×10×
52
Ω＝Ω.
(2)由UI＝I2R＋m′gv′得v′＝UI－I2R
m′g
＝
110×5－52×
20×10
m/s＝ m/s.
答案(1) Ω(2) m/s