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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?

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=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=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=P-P=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Pt=mgh.

解得h= m=2 m.

(4)机械效率η==80%.

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              图2-5-3

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2-5-1

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2-5-3

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