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非纯电阻电路电功及电功率问题例析DIV.MyFavJ297924517985P.MsoNormal{TEXT-JUST IFYinter-ideograph;FONT-SIZE LI.MsoNormaI{TEXT-JUSTIFY:inter-ideograph;DIV.MsoNormaI{TEXT-JUSTIFY:inter-ideograph;FONT-SIZE
10.5pt;FONT-FAMILYTimes NewRoman;A:I ink{COLOR:navy;TEXT-DECORATION SPAN.MsoHyperIink{C0L0R:navy;TEXT-DECORATION:purple;TEXT-DECORATION SPAN.MsoHyperIi nkFoII owed{COLOR:purpIe;DIV.Sect ion1{page:Sect ion1}从能量转化的角度看,纯电阻电路是将电能全部转化为热能,即电功等于电热例如日常生活中的白炽灯、电炉子、电饭锅等纯电阻电路工作时W=Q而非纯电阻电路是电流做功将电能O主要转化为其他形式的能量,但还有一局部电能转化为了热能,此时电功大于电热例如在电动机转动、电铃、蓄电池(充电)等这些非纯电阻的电路中Wgt;Q特另U是涉及非纯电阻电路的有关电功、电热、电功率和发热功率的计算,学生极容易混淆一,>公式分析
1.电功由忙UIt根据欧姆定律I二可推导得到归l2Rt和,但欧姆定律公式I二只适用于纯电阻电路,所以忙l2Rt和忙・t只对纯电阻电路适用,即忙Ult适用于所有电路,W=l2Rt和只适用于纯电阻电路
2.电功率同样道理,由P二UI和I二可推导得到P二I2R和P二,而P二I2R和P二也只适用于纯电阻电路,即P=UI适用于所有电路,P=I2R和P二只适用于纯电阻电路
3.电热由焦耳定律公式Q=l2Rt和I二可推导得到Q二Ult和Q二・t,很明显Q二Ult和Q二・t只对纯电阻电路适用,即Q=l2Rt适用于所有电路,0=1]比和4・七只适用于纯电阻电路以电动机为例,同学们在遇到非纯电阻电路时,可牢记以下公式,解答所消耗的电能和产生的热能电动机工作时所消耗的电能大局部转化为机械能,一小局部才转化为热能因此,在计算电动机电路可用以下公式电流做功是所消耗的总能量W总二Ult;工作时所产生的热能Q=W热=l2Rt;所转化的机械能W机=汹总-W热=Ult-l2Rt电流做功的功率P总二UI;其发热功率P热=I2R;转化的机械能功率P机二P总一P热=UI-I2R
二、例题解析例
1.一个电动机的线圈电阻是
4.4,当把它接在220V电压下工作10min通过线圈的电流是5A,这时电动机做功oJ,线圈产生的热量是Jo解析电动机为非纯电阻电路,求电流所做的功只能用W二UIt=220Vx5Ax600s=
6.6X105;求电流产生的热量只能用Q二12Rt=5A2X
4.40X600s=
6.6X104Jo【点评】电动机是将电能转化为机械能的机器,其中只有局部能量消耗在线圈发热上,是一个非纯电阻电路,计算电流做功只能用W=Ult,计算电热只能用Q=l2Rt例
2.某电动机线圈电阻为1Q,接在220V的直流电压下,工作电流为1A,那么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Wo解析电动机消耗的电功率为总功率P总=UI=220VX1A二220W;发热损耗的电功率P热二I2FMA〕2X1Q=1W;转化为机械能的功率为P机二P总-P热二220W-1W=219W【点评】在非纯电阻电路中计算电功率的三个公式P二UI、P=I2R、P二不能等效互换,其中公式P二UI可计算电动机消耗的总功率;P=I2R只能计算发热损耗的电功率;P=已不能再用转化为机械能的功率可用电动机消耗的总功率减去发热损耗的电功率即可例
3.小华准备参加玩具赛车比赛,她想通过实验挑选一只能量转换效率较高的电动机,实验时她先用手捏住电动机的转轴,使其不转动,然后放手,让电动机正常转动,分别将2次实验的有关数据记录在表格中请问
(1)这只电动机线圈的电阻为多少?
(2)当电动机正常工作时,转化为机械能的功率是多少?
(3)该玩具电动机正常工作时电能转化为机械能的效率是多少?电动机的电压/V电动机工作状态通过电动机的电流/A
0.2不转动
0.
42.0正常转动
1.0解析:〔1〕根据线圈不转动时是纯电阻电路可求出线圈电阻:R=
0.50〔2〕电动机正常工作时消耗的总的电功率P总=U212=2V X1A=2W,正常工作时发热的功率P热=I2R=O.5W,转化为机械能的功率P机二P总-P热=
1.5W〔3〕转化为机械能的效率J]—75%O【点评】此题是典型的纯电阻电路和非纯电阻电路的结合,许多学生对电动机转动和不转动状态时的电路不知如何分析,再加上题中各有2个电压值和电流值,学生在解题时更是无所适从电动机不转动时,此时电路可看作是纯电阻电路,电动机正常转动时是非纯电阻电路不管电动机转与不转,它的线圈电阻我们认为是不改变的例
4.电动机是一种使用广泛的动力机械,从能量转化的角度看.它主要是把电能转化为机械能,还有一局部能量在线圈中以热量的形式散失掉现有一台电动机,当电动机两端加220V电压时,通过电动机线圈的电流为50A问〔1〕每分钟该电动机消耗的电能是多少?o〔2〕电流通过导体时产生的热量Q=I2R t〔其中I、R和t分别表示通过导体的电流、导体的电阻和通电时间〕,假设该电动机线圈的电阻是
0.4Q,那么线圈每分钟产生的热量是多少?〔3〕这台电动机每分钟所做的机械功是多少?解析:〔1〕消耗的电能W总=Ult=220VX50Ax60s=
6.6X105J〔2〕产生的热量Q热=I2R t=50A2X0,4Q X60s=6X104J〔3〕所做的机械功W机二W总-Q热=
6.6X105J—6X104J=6X105Jo【点评】对于此题的第1问直接用公式W总二Ult解答,第2问用公式Q热二I2R t即可,但一定不能用其它公式解答,第3问中的机械能应用消耗的总的电能减去电能转化为内能的局部,即W机二W总一Q热。