Question

小明認為：電風扇工作時，電能轉化為葉片轉動的機械能和線圈發(fā)熱、摩擦等產生的內能．其中轉化為機械能所做的功是有用功，轉化為內能所做的功是額外功．為了粗略探測電風扇正常工作的電能轉化效率，小明用一個銘牌上標有額定電壓為U，但其它字跡不清的小型直流電風扇來進行實驗，實驗設計如下：
（1）按下圖所示連接好電路（圖中為電風扇），閉合開關，葉片轉動，移動變阻器滑片至某一位置時，葉片剛好不轉動，讀出此時電壓表和電流表的示數分別為U₀、I₀，則線圈導體的電阻是多少？
（2）向

左

（選填“左”或“右”）移動變阻器滑片，使電壓表示數為額定電壓U，讀出此時電流表的示數為I；
（3）若忽略摩擦，只考慮線圈發(fā)熱損耗，則電風扇正常工作時電能轉化效率的表達式η是多少？（用測出的已知量表示）

Answer 1

分析：（1）電動機轉化為機械能所做的功是有用功，轉化為內能所做的功是額外功．當葉片剛好不轉動時，電動機電路是純電阻電路，根據歐姆定律求出線圈導體的電阻；
（2）電動機不轉動，說明電動機的電壓低于額定電壓，可向左移動滑動變阻器滑片，使變阻器分擔的電壓減小，使電動機的電壓增大；
（3）根據能量守恒定律求出輸出功率，根據電風扇正常工作時效率等于輸出功率與輸入電功率之比，求出效率．

解答：解：電動機轉化為機械能所做的功是有用功，轉化為內能所做的功是額外功．
（1）當葉片剛好不轉動時，根據歐姆定律得，線圈導體的電阻：
R=

U0

I0

；
（2）電動機不轉動，說明電動機的電壓低于額定電壓，可向左移動滑動變阻器滑片，使變阻器分擔的電壓減小，使電動機的電壓增大，達到額定電壓；
（3）電風扇正常工作時，輸入功率為P_電=UI，
輸出功率為P_出=UI-I²R，
則效率為η=

P出

P電

×100%=

UI-I2R

UI0

×100%=

UI0-IU0

UI0

×100%．
答：（1）R=

U0

I0

；
（2）左；
（3）電風扇正常工作時電能轉化效率的表達式η=

UI0-IU0

UI0

×100%．

點評：對于電動機，電路是純電阻電路還是非純電阻電路，關鍵看電能如何轉化，如電能全部轉化為內能，其電路即為純電阻電路．