Question

11．某同學根據如圖所示電路進行實驗：先用夾子夾住電動機轉軸使其不能轉動，閉合開關S，移動滑動變阻器滑片，記下電壓表讀數和電流表讀數．后松開夾子，使電動機轉軸轉動，移動滑動變阻器滑片，記下電壓表讀數和電流表讀數．數據記錄如下表：

	U/V	I/A	W/J	Q/J
不轉動	0.2	0.1	W1	Q1
轉動	3.0	1.2	W2	Q2

利用上表數據計算和分析：（已知公式：W=UIt、Q=I²Rt）
（1）電動機的電阻為2Ω．
（2）不轉動時，通電10s，電動機所做的電功W₁和所產生的熱量Q₁；
（3）電動機轉動時，通電10s，電動機所做的電功W₂和所產生的熱量Q₂；
（4）試比較W₁和Q₁的大小關系以及W₂和Q₂的大小關系，并分析其原因．

Answer 1

分析 （1）電動機不轉動時，電能全部轉化為內能，利用歐姆定律求電動機的電阻；
（2）電動機不轉動時，利用電功公式W=UIt求消耗的電能，利用焦耳定律Q=I²Rt求產生的熱量；
（3）電動機轉動時，根據電功公式W=UIt消耗的電能，利用焦耳定律Q=I²Rt求產生的熱量；
（4）根據上述計算結果得出W₁和Q₁、W₂和Q₂的大小關系并分析原因．

解答 解：
（1）電動機不轉動時，此時電動機可看作純電阻，由歐姆定律可得電動機的電阻：
R=$\frac{{U}_{1}}{{I}_{1}}$=$\frac{0.2V}{0.1A}$=2Ω；
（2）電動機不轉動時，通電10s電動機所做的電功：
W₁=U₁I₁t=0.2V×0.1A×10s=0.2J；
通電10s電動機所產生的熱量：
Q₁=I₁²Rt=（0.1A）²×2Ω×10s=0.2J；
（2）電動機轉動時，通電10s電動機所做的電功：
W₂=U₂I₂t=3.0V×1.2A×10s=36J，
電動機轉動時，其線圈的電阻R不變，仍然為2Ω，
通電10s電動機所產生的熱量：
Q₂=I₂²Rt=（1.2A）²×2Ω×10s=28.8J；
（3）通過上述計算可得，W₁=Q₁，W₂＞Q₂；
電動機未轉動時，電流流經電動機線圈時電能全部轉化為內能，因此W₁=Q₁；電動機轉動時，電流流經電動機線圈時電能一部分轉化為機械能，另一部分轉化為內能，因此W₂＞Q₂．
故答案為：
（1）2；
（2）不轉動時，通電10s，電動機所做的電功為0.2J，所產生的熱量為0.2J；
（3）電動機轉動時，通電10s，電動機所做的電功為36J，所產生的熱量為28.8J；
（4）電動機未轉動時，電流流經電動機線圈時電能全部轉化為內能，因此W₁=Q₁；電動機轉動時，電流流經電動機線圈時電能一部分轉化為機械能，另一部分轉化為內能，因此W₂＞Q₂．

點評 本題考查電功與熱量的計算，解答此題的關鍵是利用好電功與熱量的計算公式．