第十八講一電動(dòng)機(jī)

一、思維導(dǎo)圖

機(jī)械能

內(nèi)能

P熱=「總中機(jī)小2R

n=w有A/v總=PWP總zoo%

二、考點(diǎn)題型分類預(yù)告

題型1概念辨析題型2電動(dòng)機(jī)的計(jì)算

題型3電動(dòng)機(jī)卡住的情況分析題型4電動(dòng)機(jī)輸出功率的相關(guān)計(jì)算

題型5化學(xué)能與電能的相關(guān)計(jì)算題型6電動(dòng)機(jī)相關(guān)推理證明

三、知識(shí)梳理

1.電動(dòng)機(jī)模型

UU

我們可以將其看作是一個(gè)沒(méi)有電阻但兩端有一定的電壓U的線圈M（理想的電機(jī)）與一個(gè)電阻R串聯(lián)，如

圖所示.從能量轉(zhuǎn)化的角度看，電動(dòng)機(jī)主要是通過(guò)線圈M把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，還有一部分在電阻R中產(chǎn)

生的形式散失。

2.純電阻電路和非純電阻電路的比較

純電阻電路非純電阻電路

舉例白熾燈、電爐、電熨斗、電飯鍋電動(dòng)機(jī)、電解槽

能量轉(zhuǎn)化情

況

輸出機(jī)械能：

2

具體能量轉(zhuǎn)W#i=W電一Q=Ult-IRt

2

化模型Pm=P電一P熱=UI-IR

輸入電能：

W電二Ult

P電二UI電動(dòng)機(jī)發(fā)熱：

Q=I2Rt

P熱=FR

電功和電熱W=QW=Q+E其他

的關(guān)系即UIt=I2RtUIt=I2Rt+E其他

電功率和熱P=P熱P=P熱+P其他

功率的關(guān)即UI=I2R即UI=I2R+P其他

系

歐姆定律是

否成立U=IR,I=—U>IR,I<-

RR

歐姆定律成立歐姆定律不成立

W=uit、P電=UI適用于任何電路計(jì)算電功和電功率

說(shuō)明Q=PRt、P熱=『R適用于任意電路計(jì)算電熱和熱功率

只有純電阻電路滿足W=Q,P電=P熱；

非純電阻電路W>Q,P電羽熱

3.電動(dòng)機(jī)相關(guān)公式

（U為電動(dòng)機(jī)兩端的電壓，I為流過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流，R電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻，t電動(dòng)機(jī)工作的時(shí)間）

（1）電動(dòng)機(jī)工作時(shí)將輸入的電能絕大部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，但還有一部分轉(zhuǎn)化為熱能，屬于非純電阻，因此

計(jì)算時(shí)要注意含電阻的公式不能隨便用。

(2)公式：基本公式：P=ULW=UIt..

推導(dǎo)式，在純電阻電路中，電功和電熱公式通用；電功率和電熱功率公式通用：P=UI=I2R=U2/R；W=Pt=

UIt=I2Rt=(U2/R)to

在非純電阻電路中，電熱Q=PRt,電熱功率：P熱=PR。

(3)在計(jì)算電動(dòng)機(jī)電路可用以下公式：

①電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)：無(wú)機(jī)械能輸出，電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，不轉(zhuǎn)的時(shí)候是用來(lái)求線圈內(nèi)阻r。所以W^Q；

P(6=P熱=FR

②電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)：

a.電流做功是所消耗的總能量W?=UIt；電流做功的功率Pt=UI；

b.工作時(shí)所產(chǎn)生的熱能Q=W熱=FRt；其發(fā)熱功率P熱=FR；

2

c.所轉(zhuǎn)化的機(jī)械能W機(jī)=亞總-W熱=UIt-PRt；轉(zhuǎn)化的機(jī)械能功率P機(jī)=P總-Pft=UI-IR?

【能力拓展】

若機(jī)械能做功，如電機(jī)將物體升高，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率P苕=Gh/t=Fs/t=Fv

4.純電阻電路與非純電阻電路區(qū)分方法：

⑴從元器件角度識(shí)別

日常生活中的電熱毯、電烙鐵、白熾燈、電爐子、電飯鍋、電熨斗、轉(zhuǎn)子被卡住的電動(dòng)機(jī)等元器件都屬

于純電阻，含這些元件的電路稱純電阻電路。電動(dòng)機(jī)、電風(fēng)扇、電吹風(fēng)、電冰箱、電視機(jī)、電解槽、電

腦、電磁爐、蓄電池(充電)等元器件在工作時(shí)都屬于非純電阻，含這些元件的電路稱非純電阻電路。它

們?cè)陔娐分械姆?hào)如下：

①純電阻：一匚1—-?-

②非純電阻一€)——O-

考點(diǎn)分析:

①常見(jiàn)的純電阻電路：白熾燈、電烙鐵、電熨斗、電飯鍋、電熱毯、電爐等

常見(jiàn)的非純電阻電路：電動(dòng)機(jī)、電風(fēng)扇、電冰箱、洗衣機(jī)等

②所謂純電阻電路指的是工作時(shí)將電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的電路。電動(dòng)機(jī)屬于典型的非純電阻電路，電

動(dòng)機(jī)工作時(shí)將電能主要轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，少量轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。

(2)從能量轉(zhuǎn)化角度識(shí)別

①純電阻電路：電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能

②非純電阻電路：電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和其它形式能。其中：內(nèi)能應(yīng)只占少部分。

對(duì)于含電動(dòng)機(jī)的電路，其它形式能為機(jī)械能；對(duì)于含電解槽的電路，其它形式能為化學(xué)能。

輸出的其它形式能輸入的電能-自身發(fā)熱的內(nèi)能

效率=xlOO%=xlOO%

~輸入的電能輸入的電能

四、題型分類

題型1概念辨析

1.電功率的表達(dá)式有三個(gè)，P=ULP=I2R>P=U2/R,對(duì)這三個(gè)表達(dá)式的認(rèn)識(shí)正確的是（）

A.P=UI適合于純電阻電路電功率的計(jì)算，對(duì)于非純電阻電路不適用

B.P=FR適合于一切電路的熱功率的計(jì)算

C.P=u2/R適合于一切電路電功率和熱功率的計(jì)算

D.三個(gè)公式各自的適用條件與電路的連接方式有關(guān)

2.下列關(guān)于電功、電功率和焦耳定律的說(shuō)法中不正確的是（）

A.電功率越大，電流做功越快，電路中產(chǎn)生的焦耳熱一定越多

B.W=Ult適用于任何電路，而卬U\只適用于純電阻電路

W=1Kt=------t

R

C.在非純電阻電路中,UI>I2R

D.焦耳熱Q=l2Rt適用于任何電路

題型2電動(dòng)機(jī)的計(jì)算

1.（2022?金華模擬）電吹風(fēng)是現(xiàn)代家庭的常用電器。如圖甲所示是電吹風(fēng)的電路原理圖，R是電熱絲，M

某電吹風(fēng)的主要技術(shù)參數(shù)如圖乙所示:

額定電壓220V

頻率50Hz

吹熱風(fēng)時(shí)功率88OW

吹冷風(fēng)時(shí)功率80W

乙

（1）當(dāng)只閉合Si時(shí)，電吹風(fēng)工作Imin消耗的電能是多少J?

（2）當(dāng)同時(shí)閉合Si、S2時(shí)，電吹風(fēng)工作時(shí)通過(guò)R的電流為多大？

（3）當(dāng)電吹風(fēng)吹熱風(fēng)時(shí)，Imin內(nèi)電流通過(guò)R產(chǎn)生的熱量是多少J?

2.（2023?杭州一模）如圖為某品牌運(yùn)動(dòng)果汁杯及其銘牌參數(shù)。運(yùn)動(dòng)果汁杯內(nèi)置一個(gè)電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)通過(guò)金

屬桿帶動(dòng)刀片旋轉(zhuǎn)，將水果打成果汁。此款運(yùn)動(dòng)果汁杯以額定功率工作時(shí)，一次打汁時(shí)間是48s,充滿電后

可以打汁20次，20次后指示燈閃爍提示電量不足，需要充電。貝心

（1）電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，通過(guò)線圈的電流約為A。（保留1位小數(shù)，下同）

（2）在打汁時(shí)，電動(dòng)機(jī)線圈電阻為0.1Q,電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率是多少？

（3）此款運(yùn)動(dòng)果汁杯，當(dāng)電池容量低于%時(shí)需要充電。（電池容量“5100mAh是指當(dāng)工作

電流為5100mA,能持續(xù)供電lh）

產(chǎn)品名稱：運(yùn)動(dòng)果汁杯

產(chǎn)品類型：CLG-520

電池電壓：7.4V

電池容量：5100mAh

額定功率：126W

容量：450mL

杯身材質(zhì)：高硼聯(lián)材質(zhì)

產(chǎn)品尺寸：fl>78mmx245mm

題型3電動(dòng)機(jī)卡住的情況分析

1.某同學(xué)根據(jù)如圖所示電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，先用夾子夾住電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸使其不能轉(zhuǎn)動(dòng)，閉合開(kāi)關(guān)S,移動(dòng)滑動(dòng)變阻

器滑片，記下電壓表讀數(shù)和電流表讀數(shù)；后松開(kāi)夾子，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片，記下電

壓表讀數(shù)和電流表讀數(shù).數(shù)據(jù)記錄如表：

利用如表數(shù)據(jù)計(jì)算和分析：

（1）電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通電10s,電動(dòng)機(jī)所做的電功Wi和所產(chǎn)生的熱量Qi。

（2）電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通電10s,電動(dòng)機(jī)所做的電功W2和所產(chǎn)生的熱量Q2。

（3）試比較Wi和Qi的大小關(guān)系以及W2和Q2的大小關(guān)系，并分析其原因

/U(V)I(A)W(J)Q(J)

不轉(zhuǎn)動(dòng)0.20.2W1Qi

轉(zhuǎn)動(dòng)3.01.2W2Q2

題型4電動(dòng)機(jī)輸出功率的相關(guān)計(jì)算

1.（2023?溫州模擬）我們?nèi)粘Ｉ睢⒐ぷ髦须S處可見(jiàn)機(jī)械對(duì)我們的幫助。

（1）易拉罐拉環(huán)的實(shí)質(zhì)是杠桿，如圖1。拉環(huán)打開(kāi)前后模型如圖2。將拉環(huán)從緊貼罐身撬動(dòng)至圖1所示

位置的過(guò)程中，杠桿的支點(diǎn)是（填字母）。

（2）小明利用電動(dòng)機(jī)與滑輪制作了一個(gè)可以打撈物體的模型，如圖3。已知當(dāng)電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，電動(dòng)

機(jī)兩端電壓為10V時(shí)，電流為0.4A,可以拉動(dòng)重為10N的物體，以0.3m/s的速度勻速上升。此時(shí)該裝

置的機(jī)械效率為o

2.（2023?慈溪市校級(jí)模擬）如圖所示，水底有一塊體積lOOcn?的鋁塊。現(xiàn)用一電源電壓為6V的電動(dòng)機(jī)把

浸沒(méi)在水中的鋁塊提出水面，離開(kāi)水面后，鋁塊3s內(nèi)勻速提升了1m,電路中的電流為0.2A。已知鋁的

密度為2.7X103kg/m3,鋁塊提升過(guò)程中受到的阻力、繩子自重和摩擦等都不計(jì)。求：

（1）鋁塊浸沒(méi)在水中受到的浮力。

（2）鋁塊的重力。

（3）鋁塊離開(kāi)水面后，電動(dòng)機(jī)工作3s內(nèi)產(chǎn)生的電熱。

（4）電動(dòng)機(jī)線圈阻值。

3（2021?臺(tái)州模擬）如圖是直流電動(dòng)機(jī)提升重物的示意圖，電源電壓為20V且保持不變，電路中的電流為

2A,質(zhì)量為3.6kg的某物體在電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)下以lm/s的速度勻速上升10秒，不計(jì)各處摩擦，求：

（1）電動(dòng)機(jī)線圈的電阻；

（2）若將某燈泡串聯(lián)在該電路中正常發(fā)光，保持電源電壓不變，隨后增大物體質(zhì)量使電動(dòng)機(jī)無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)，

則該燈泡的亮度會(huì)發(fā)生什么變化？并證明。（忽略燈泡阻值的變化）

4.（2023?鄴州區(qū)校級(jí)一模）2023年的植樹(shù)節(jié)，我國(guó)利用無(wú)人機(jī)在沙漠地區(qū)播撒植物種子。如圖所示的小型

四旋翼無(wú)人機(jī)是一種能夠垂直起降的小型遙控飛行器。若質(zhì)量m=2kg的無(wú)人機(jī)從地面上由靜止開(kāi)始豎

直向上起飛，20s末無(wú)人機(jī)離地高度h=50m,整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中電動(dòng)機(jī)提供升力F=24N,所受空氣阻力

f大小不變，且無(wú)人機(jī)動(dòng)能增加量AE=25J。已知?jiǎng)恿ο到y(tǒng)的電動(dòng)機(jī)工作電壓U=25V,電流l=3A。下

列說(shuō)法不正確的是（）

A.無(wú)人機(jī)在上升過(guò)程中做加速運(yùn)動(dòng)

B.20s內(nèi)電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能（升力所做的功）為1200J

C.所受空氣阻力f為4N

D.該電動(dòng)機(jī)的線圈電阻約為1.7。

題型5化學(xué)能與電能的相關(guān)計(jì)算

1.如圖所示，有一內(nèi)電阻為4.4。的電解槽和一盞標(biāo)有“110V60W”的燈泡串聯(lián)后，接在電壓為220V的直

流電路兩端，燈泡正常發(fā)光，則（）

A.電解槽消耗的電功率為120W

B.電解槽的發(fā)熱功率為60W

C.電解槽消耗的電功率為60W

D.電路消耗的總功率為60W

2.如圖所示，A為電解槽，M為電動(dòng)機(jī)，N為電爐子，恒定電壓U=12V,電解槽內(nèi)阻RA=2Q。當(dāng)與閉合,

、斷開(kāi)時(shí)，電流表示數(shù)為當(dāng)閉合，$、斷開(kāi)時(shí)，示數(shù)為且電動(dòng)機(jī)輸出功率

S2S3A6A;SzS3A5A,

為35W;當(dāng)S3閉合，&、S2斷開(kāi)時(shí)，A示數(shù)為4A。求：

（1）電爐子的電阻及發(fā)熱功率各多大？

（2）電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻是多少？

⑶在電解槽工作時(shí)，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的功率為多少？

6

題型6電動(dòng)機(jī)相關(guān)推理證明

1.如圖是小金研究電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)是否對(duì)小燈泡的亮度有影響的電路圖。開(kāi)始小金先抓住轉(zhuǎn)軸合上開(kāi)關(guān)，觀察

小燈泡的亮度；接著放開(kāi)轉(zhuǎn)軸讓電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，繼續(xù)觀察小燈泡亮度的變化（已知：小燈泡的電阻為R,電

動(dòng)機(jī)線圈電阻為r,電源電壓為U）。由此請(qǐng)你回答：

，卜T|------

⑴在電動(dòng)機(jī)未轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，t時(shí)間內(nèi)電流在電路中產(chǎn)生的熱量為（填寫(xiě)表達(dá)式）。

⑵在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電流所做的功電流在電路中產(chǎn)生的熱量（選填"大于"、"等于"或"小于"）。

⑶小金判斷電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)后小燈泡會(huì)更亮，你認(rèn)為小金的判斷正確嗎？并根據(jù)學(xué)過(guò)后知識(shí)給以解釋。

2.電動(dòng)機(jī)工作時(shí)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，但因?yàn)榫€圈有電阻也會(huì)有電能轉(zhuǎn)化為電熱。如圖所示，將線圈電阻

為r的電動(dòng)機(jī)接到電源電壓U上時(shí)，流過(guò)電動(dòng)機(jī)線圈的電流為I。

77

⑴推導(dǎo)：電動(dòng)機(jī)的效率（機(jī)械能占消耗電能的百分比）=U-Ir/UxlOO%0

（2）若電動(dòng)機(jī)的額定電流I=1A,電動(dòng)機(jī)線圈電阻r=0.5C,工作t=lmin時(shí)間內(nèi)對(duì)外輸出的機(jī)械能為W=150J。試求:

①Imin時(shí)間內(nèi)消耗的電能。②電動(dòng)機(jī)兩端的電壓為多少？

五、課后鞏固

1.加在某電動(dòng)機(jī)上的電壓是U,電動(dòng)機(jī)消耗的電功率為P,電動(dòng)機(jī)線圈的電阻為r,則電動(dòng)機(jī)線圈上消耗的

電熱功率為（）

B.U2/rC.P2r/U2D.P-P2r/U2

2.（2022春?上城區(qū)月考）如圖是直流電動(dòng)機(jī)提升重物的示意圖，電源電壓為110V且保持不變，電路中的

電流是5A,重500N的物體在電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)下以0.9m/s的速度勻速上升，不計(jì)各處摩擦，則電動(dòng)機(jī)線圈的

電阻是多少？

3.（2022?鄲州區(qū)校級(jí)模擬）某一用直流電動(dòng)機(jī)提升重物的裝置，如圖所示，重物的質(zhì)量為50kg,電源電壓

為110V,不計(jì)電源電阻及各處摩擦。當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使物體以0.9m/s的速度勻速上升時(shí)，電路中的電流

大小為5A。則電動(dòng)機(jī)線圈的電阻大小為。

電動(dòng)機(jī)

4.（2020.西湖區(qū)一模）某電動(dòng)玩具汽車部分參數(shù)如下圖所示:

電動(dòng)機(jī)線圈電阻

電池電壓12伏

額定電流

（1）電動(dòng)機(jī)正常工作1分鐘，消耗多少電能？

（2）電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)的機(jī)械功率是多少？

（3）假定電池的輸出電壓恒定不變，若玩具汽車被障礙物卡住，電動(dòng)機(jī)停止旋轉(zhuǎn)，則持續(xù)通電一分鐘會(huì)產(chǎn)

生多少熱量?

5.如圖，電動(dòng)機(jī)M的線圈電阻為0.5歐，當(dāng)S斷開(kāi)時(shí)，電流表讀數(shù)為1r=0.5O安。當(dāng)S閉

合時(shí)，電流表讀數(shù)為3安。問(wèn)：

（1）電阻R為多少？

（2）電動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率為多少？

（3）電動(dòng)機(jī)工作2分鐘，電動(dòng)機(jī)線圈產(chǎn)生了多少熱量?

6.（2020.上城區(qū)一模）近期一些餐廳的出現(xiàn)了用送餐機(jī)器人進(jìn)行無(wú)接觸配送，其運(yùn)動(dòng)依靠底部電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)。

已知電動(dòng)機(jī)線圈為銅制，比熱容為0.4X103J/（Kg「C）,整個(gè)線圈質(zhì)量為0.2kg,產(chǎn)生的熱量有80%轉(zhuǎn)化為線

圈的內(nèi)能，電動(dòng)機(jī)與電表串聯(lián)后接在24V直流電源上工作，閉合開(kāi)關(guān)后發(fā)現(xiàn)機(jī)器人并未運(yùn)動(dòng)，這時(shí)電流表

示數(shù)為8A。檢查發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的齒輪被卡住了，排除故障后，正常工作時(shí)電流表的讀數(shù)為1A。忽略所有摩

擦，計(jì)算

（1）電動(dòng)機(jī)線圈的阻值；

（2）電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)的效率；

（3）不考慮線圈與其他材料之間的熱傳遞，在卡住的1分鐘內(nèi)線圈的溫度會(huì)升高多少？

7.（2023?定海區(qū)三模）如圖是某種鋰電池的部分參數(shù)，小舟同學(xué)將電池安裝到遙控車上，進(jìn)行花樣賽車訓(xùn)

練。己知小車質(zhì)量為0.5千克，行駛時(shí)功率為2W,電動(dòng)機(jī)效率為80%（表中“Ah”讀作“安時(shí)”，2Ah表示

該電池在4V電壓下能以2A的電流放電1小時(shí)）。（取g=10N/kg）求。

名稱：充電式鋰電池容量：2Ah

標(biāo)稱電壓：4V

充電模式：恒流/恒壓

（1）該電池充電一次可以儲(chǔ)存的最大能量是=

（2）造成電動(dòng)機(jī)效率不能達(dá)到100%的原因可能是

（3）充滿電一次，可供小亮同學(xué)訓(xùn)練多少小時(shí)？

8.如圖所示利用小型發(fā)電機(jī)給工廠中的電動(dòng)機(jī)和燈泡供電，發(fā)電機(jī)的輸出功率為IkW,輸電電壓為250V,

發(fā)電機(jī)與工廠之間距離為為400m,發(fā)電機(jī)與工廠之間兩根輸電導(dǎo)線總電阻為7.5Q,