Question

4．如图所示，电源电压恒为12V，闭合开关S，当滑动变阻器的阻值为10Ω时，电压表的示数为10V，此时电动机正常工作，则滑动变阻器消耗的功率是0.4W．若电动机内部线圈的电阻为2Ω，则通电5min电流通过电动机内部线圈产生的热量是24J．这段时间电动机将电能转化为机械能的效率为96%．

Answer 1

分析 由电路图可知，滑动变阻器R与电动机M串联，电压表测电动机两端的电压，电流表测电路中的电流．
（1）当滑动变阻器的阻值为10Ω时，根据串联电路的电压特点求出滑动变阻器两端的电压，根据串联电路的电流特点和欧姆定律求出电路中的电流，利用P=UI求出滑动变阻器消耗的功率；
（2）根据焦耳定律求出通电5min电流通过电动机内部线圈产生的热量；根据W=UIt求出通电5min电动机消耗的电能，然后减去电动机内部线圈产生的热量即为获得的机械性能，获得的机械能与消耗电能的比值即为这段时间电动机将电能转化为机械能的效率．

解答 解：由电路图可知，滑动变阻器R与电动机M串联，电压表测电动机两端的电压，电流表测电路中的电流．
（1）当滑动变阻器的阻值为10Ω时，U_M=10V，
因串联电路中总电压等于各分电压之和，
所以，滑动变阻器两端的电压：
U_R=U-U_M=12V-10V=2V，
因串联电路中各处的电流相等，
所以，电路中的电流：
I=$\frac{{U}_{R}}{R}$=$\frac{2V}{10Ω}$=0.2A，
滑动变阻器消耗的功率：
P_R=U_RI=2V×0.2A=0.4W；
（2）通电5min电流通过电动机内部线圈产生的热量：
Q=I²rt=（0.2A）²×2Ω×5×60s=24J，
通电5min电动机消耗的电能：
W=U_MIt=10V×0.2A×5×60s=600J，
获得的机械性能：
W′=W-Q=600J-24J=576J，
这段时间电动机将电能转化为机械能的效率：
η=$\frac{W′}{W}$×100%=$\frac{576J}{600J}$×100%=96%．
故答案为：0.4；24；96%．

点评 本题考查了串联电路和欧姆定律、电功率公式的应用，要注意电动机为非纯电阻用电器，欧姆定律不适用．