問題詳情:
馬劍同學利用如圖*所示電器,測定自己製作的玩具小飛機所需要的電動機工作數據,已知電源電壓恆定,當滑動變阻器滑片從一端滑至另一端的過程中,兩個電壓表的讀數與電流表的讀數變化關係如圖乙所示,當通過電動機的電流大於0.4A時,電動機轉子才轉動.
(1)開關S閉合前,滑動變阻器滑片應滑至最 端(選填“左”或“右”);由圖可知電源電壓為 V,其中 (選填“a”或“b”)是表示與變化的規律;
(2)求電動機線圈的電阻和滑動變阻器的最大阻值;
(3)在這個過程中,求電動機的最大輸出功率;當電動機輸出功率最大時,求電動機的效率.
【回答】
【考點】歐姆定律的應用;電功率的計算.
【分析】由電路圖可知,電動機M與滑動變阻器串聯,電壓表V1測M兩端的電壓,電壓表V2測電源的電壓,電流表測電路中的電流.
(1)為防止電路中電流過大燒壞電動機和電源,閉合開關前滑動變阻器處於最大阻值處;電源電壓恆定,則電壓表V2的示數不變,據此判斷V1與A的變化規律,由圖象可知電源的電壓;
(2)當滑動變阻器接入電路中的電阻最大時電路中的電流最小,由圖象可知電動機兩端的電壓和電路中的電流,此時電動機轉子不轉動是純電阻用電器,根據歐姆定律求出電動機線圈的電阻和電路中的總電阻,利用電阻的串聯求出滑動變阻器的最大阻值;
(3)當電路中的電流最大時電動機的輸出功率最大,根據圖象可知電路中的最大電流,根據P=UI求出輸出的最大功率;根據P=I2R求出線圈電阻的發熱功率,輸出功率減去發熱功率即為輸出機械能的功率,輸出機械能的功率和消耗電能的功率之比即為電動機的效率.
【解答】解:由電路圖可知,電動機M與滑動變阻器串聯,電壓表V1測M兩端的電壓,電壓表V2測電源的電壓,電流表測電路中的電流.
(1)為保護電路,開關S閉合前,滑動變阻器滑片處於最大阻值處的最右端;
因電源電壓恆定,
所以,電壓表V2的示數不變,由圖象可知a表示V2與A的變化規律、b表示V1與A的變化規律,且電源的電壓為3V;
(2)當滑動變阻器接入電路中的電阻最大時,電路中的電流最小,
由圖象可知,電動機兩端的電壓UM=0.2V,電路中的電流I=0.2A,
由I=可得,電動機線圈的電阻和電路中的總電阻分別為:
R線圈===1Ω,R===15Ω,
因串聯電路中總電阻等於各分電阻之和,
所以,滑動變阻器的最大阻值:
R滑=R﹣R線圈=15Ω﹣1Ω=14Ω;
(3)當電路中的電流最大時,電動機的輸出功率最大,
由圖象可知,電路中的最大電流I大=0.6A,
電動機的最大輸出功率:
P大=UI大=3V×0.6A=1.8W,
線圈電阻的發熱功率:
P線圈=I大2R線圈=(0.6A)2×1Ω=0.36W,
輸出功率:
P輸出=P大﹣P線圈=1.8W﹣0.36W=1.44W,
電動機的效率:
η=×100%=×100%=80%.
答:(1)右;3;b;
(2)電動機線圈的電阻為1Ω,滑動變阻器的最大阻值為14Ω;
(3)在這個過程中,電動機的最大輸出功率為1.8W;當電動機輸出功率最大時,電動機的效率為80%.
知識點:電功率單元測試
題型:計算題