《【帮课堂】2021-2022学年九年级科学上册同步精品讲义（浙教版）》专题二 非纯电阻（电机）的计算（教师版）

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专题二 非纯电阻（电机）的计算
知识点 非纯电阻电路做功与发热分析
（一）常见的纯电阻电路:白炽灯、电烙铁、电熨斗、电饭锅、电热毯、电炉等
常见的非纯电阻电路:电动机、电风扇、电冰箱、洗衣机等
（二）所谓纯电阻电路指的是工作时将电能全部转化为内能的电路。电动机属于典型的非纯电阻电路，电
动机工作时将电能主要转化为机械能，少量转化为内能。
任何电机都相当于串联着一个内阻，内阻发热为无用功，电机转动为有用功
（三）电动机的耗电功率即为总功，计算公式：
P
总＝
UI
。
发热功率指电动机在工作时将电能转化为内能的功率，计算公式：
P
热＝
I
2
R
(此处的
R
指电动机的纯
电阻)。电动机的机械功率不能直接求得，只能通过前两者相减：
P
有＝
P
总－
P
热＝
UI
－
I
2
R
。
（四）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部分转化为机械能，一小部分才转化为热能。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=UIt；工作时所产生的热能 Q=W 热=I2Rt;所转化的机械能 W 机
=W 总-W 热-UIt-12Rt
【能力拓展】
若机械能做功，如电机将物体升高，电动机的机械功率
P
有＝Gh/t=Fs/t=Fv
【即学即练 1】（2020·绍兴模拟）某同学根据如图所示电路进行实验：先用夹子夹住电动机转抽使其不
能转动，闭合开关 S，移动滑动变阻器滑片，记下电压表读数和电流表读数，后松开夹子，使电动机转抽
转动，移动滑动变阻器滑片，记下电压表读数和电流表读数。数据记录如下：
U
(V)
I
(A
)
W
(J)
Q
(J)
不转
动
0.2 0.2
W
1
Q
1
转动 3.0 1.2
W
2
Q
2
利用上表数据计算和分析：
（1）电动机不转动时，通电 10s，电动机所做的电功
W
1和所产生的热量
Q
1。
（2）电动机转动时，通电 10s，电动机所做的电功
W
2和所产生的热量
Q
2。
（3）试比较
W
1和
Q
1的大小关系以及
W
2和
Q
2的大小关系，并分析其原因。
【答案】（1）电动机不转动时，通电 10s 电动机所做的电功：W1=U1I1t=0.2V×0.2A×10s=0.4J；
R=U1/I1=0.2V/0.2A=1Ω
通电 10s 电动机所产生的热量：Q1=I21Rt=(0.2A)2×1Ω×10s=0.4J
（2）电动机转动时，通电 10s 电动机所做的电功：W2=U2I2t=3.0V×1.2A×10s=36J，电动机转动时，其线
圈的电阻 R 不变，仍然为 1Ω，
通电 10s 电动机所产生的热量：Q2=I22Rt=(1.2A)2×1Ω×10s=14.4J；
（3）通过上述计算可得,W1=Q1,W2>Q2；
电动机未转动时,电流流经电动机线圈时电能全部转化为内能,因此 W1=Q1;电动机转动时,电流流经电动机线
圈时电能一部分转化为机械能,另一部分转化为内能,因此 W2>Q2.
【解析】（1）当电动机不转时，电压为 0.2V，电流为 0.1A，首先根据 计算出线圈电阻，然后根据
W1=U1I1t 计算电动机所做的功，根据 Q1=I12Rt 计算电动机产生的热量即可；
（2）当电动机转动时，根据 W2=U2I2t 计算电动机做的功，根据 Q2=I22Rt 计算出电动机产生的热量；
（3）将前后两个电功与热量进行比较即可；从能量转化的角度分析其中的原因。
【即学即练 2】（2021·温州模拟）2020 年 10 月 31 日，福建省莆田市山亭镇，阿里巴巴菜鸟网络的无人
机群组，满载湄洲岛居民下单的六箱货品，仅耗时 9分钟就成功飞越海峡，为农村淘宝提供物流服务：执
行此次飞行的机型载重可达 7 公斤，应对 6级风。技术团队专家介绍，由于技术成熟，无人机会按照编程
航线自动飞向既定地点降落。该无人机参数质量m=5kg 的无人机，其动力系统所能提供的最大升力
F=125N，运动过程中所受空气阻力大小恒为f=5N 取 g=10m/s2 ． 动力系统的电动机工作电压 U=80V，电流
I=5A,电阻 R=1 欧姆。
（1）该无人机的优点
（2）无人机以最大升力竖直匀速向上飞，在 t=5s 时上升的高度 h；
（3）飞到 100 米高空，该无人机高空悬停状态电机输出电流变为 4A，此时动力系统电机的效率是多少？
【答案】（1）方便，快捷。
（2）电动机的总功率 P=UI=80V×5A=400W；
发热功率 P 热=I2R=（5A）2×1Ω=25W；
输出功率 P 机械=P-P 热=400W-25W=375W；
做的机械功 W 机械=P 机械 t=375W×5s=1875J；
上升的高度 。
（3）无人机高空悬停状态电机输出电流变为 4A 时，
电动机的总功率 P'=U'I'=80V×4A=320W；
发热功率 P 热'=I'2R=（4A）2×1Ω=16W；
输出功率 P 机械=P'-P 热'=320W-16W=304W；
电机的效率 。
【解析】（1）根据题目描述分析无人机的优点；
（2）首先根据 P=UI 计算出电动机的总功率，再根据 P 热=I2R 计算出发热功率，接下来根据 P 机械=P-P 热计
算出输出功率，根据 W 机械=P 机械 t 计算出做的机械功，最后根据 计算上升的高度。
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