Question

小明认为：电风扇工作时，电能转化为叶片转动的机械能和线圈发热、摩擦等产生的内能．其中转化为机械能所做的功是有用功，转化为内能所做的功是额外功．为了粗略探测电风扇正常工作的电能转化效率，小明用一个铭牌上标有额定电压为U，但其它字迹不清的小型直流电风扇来进行实验，实验设计如下：
（1）按下图所示连接好电路（图中为电风扇），闭合开关，叶片转动，移动变阻器滑片至某一位置时，叶片刚好不转动，读出此时电压表和电流表的示数分别为U₀、I₀，则线圈导体的电阻是多少？
（2）向

左

（选填“左”或“右”）移动变阻器滑片，使电压表示数为额定电压U，读出此时电流表的示数为I；
（3）若忽略摩擦，只考虑线圈发热损耗，则电风扇正常工作时电能转化效率的表达式η是多少？（用测出的已知量表示）

Answer 1

分析：（1）电动机转化为机械能所做的功是有用功，转化为内能所做的功是额外功．当叶片刚好不转动时，电动机电路是纯电阻电路，根据欧姆定律求出线圈导体的电阻；
（2）电动机不转动，说明电动机的电压低于额定电压，可向左移动滑动变阻器滑片，使变阻器分担的电压减小，使电动机的电压增大；
（3）根据能量守恒定律求出输出功率，根据电风扇正常工作时效率等于输出功率与输入电功率之比，求出效率．

解答：解：电动机转化为机械能所做的功是有用功，转化为内能所做的功是额外功．
（1）当叶片刚好不转动时，根据欧姆定律得，线圈导体的电阻：
R=

U0

I0

；
（2）电动机不转动，说明电动机的电压低于额定电压，可向左移动滑动变阻器滑片，使变阻器分担的电压减小，使电动机的电压增大，达到额定电压；
（3）电风扇正常工作时，输入功率为P_电=UI，
输出功率为P_出=UI-I²R，
则效率为η=

P出

P电

×100%=

UI-I2R

UI0

×100%=

UI0-IU0

UI0

×100%．
答：（1）R=

U0

I0

；
（2）左；
（3）电风扇正常工作时电能转化效率的表达式η=

UI0-IU0

UI0

×100%．

点评：对于电动机，电路是纯电阻电路还是非纯电阻电路，关键看电能如何转化，如电能全部转化为内能，其电路即为纯电阻电路．