Question

如图2-5-3所示为电动机提升重物的装置，电动机线圈电阻为r=1 Ω，电动机两端电压为5 V，电路中的电流为1 A，物体A重20 N，不计摩擦力.求：

图2-5-3

(1)电动机线圈电阻上消耗的热功率是多少?

(2)电动机输入功率和输出功率各是多少?

(3)10 s内，可以把重物A匀速提升多高?

(4)这台电动机的机械效率是多少?

Answer 1

解析:该题考查电学和力学的综合知识.我们首先要知道输入功率就是电动机消耗的总电功率，而输出功率是机械功率.消耗的电能转化为机械能和内能两部分，由能量守恒定律可解.

(1)根据焦耳定律，热功率为：P_热=I²r=1²×1 W=1 W.在这个过程中一定不能用P=IU求热功率.原因是加在电动机两端的电压有两个贡献：①使导体的电阻发热;②使电动机转动起来.

(2)电功率等于输入电流与电动机两端电压的乘积

P_入=IU=1×5 W=5 W

输出功率等于输入功率减去发热消耗的功率

P_出=P_入-P_出=5 W-1 W=4 W.

(3)电动机输出的功率用来提升重物转化为机械功率，在10 s内P_出t=mgh.

解得h= m=2 m.

(4)机械效率η==80％.