7.4 发电机和电动机 课件 -2022-2023学年高二下学期物理沪科版（2020）选择性必修第二册

7.4发电机和电动机 400-018- 电动机是一种使用广泛的动力机械，从能量转化的角度看，它主要是把电能转化为机械能，还有一部分在线圈中以热量的形式散失掉。现有一台电动机，当电动机两端加220V电压时，通过电动机线圈的电流为50A。问： （1）每分钟该电动机消耗的电能是多少？ （2）已知电流通过导体产生的热量Q＝I2Rt（其中I、R和t分别表示通过导体的电流、导体的电阻和通电时间），若该电动机线圈的电阻是0．4Ω，则线圈每分钟产生多少热量？ （3）这台电动机每分钟所做的机械功是多少？ 400-018- 解析：（1）已知电动机两端电压和通过的电流、通电时间根据公式W=UIt可求消耗的电能．则消耗的电能：W=UIt=220V×50A×60s=6.6×105J． 即每分钟该电动机消耗的电能是6.6×105J． （2）通电电流、通电时间和线圈电阻已知，根据Q=I2Rt可求产生热量． 故产生的热量：Q=I2Rt=（50A）2×0.4Ω×60s=6.0×104J． 即线圈每分钟产生6.0×104J的热量． （3）消耗的电能减去产生的热量就是电动机每分钟所做的机械功． 故所做的机械功：W机=W-Q=6.6×105J-6.0×104J=6.0×105J． 即这台电动机每分钟所做的机械功是6.0×105J 400-018- 某同学想通过实验挑选一只能量转换效率较高的电动机，实验时她先用手捏住电动机的转轴，使其不转动，然后放手，让电动机正常转动，分别将2次实验的有关数据记录在表格中。请问：(1)这只电动机线圈的电阻为多少？(2)当电动机正常工作时，转化为机械能的功率是多少？(3)该玩具电动机正常工作时电能转化为机械能的效率是多少？   电动机的电压/V 电动机工作状态 通过电动机的电流/A 0.2 不转动 0.4 2.0 正常转动 1.0 400-018- 解析：⑴根据线圈不转动时是纯电阻电路可求出线圈电阻R=U1/I1=0.2V/0.4A=0.5Ω ⑵电动机正常工作时消耗的总的电功率P总=U2I2=2v×1A=2w，正常工作时发热的功率P热=I22R=（1A）2×0.5Ω=0.5w，转化为机械能的功率P机= P总－P热=2w－0.5w=1.5w   ⑶转化为机械能的效率η=P机/ P总×100％=1.5w/2w×100％=75％。 点评：本题是典型的纯电阻电路和非纯电阻电路的结合，许多学生对电动机转动和不转动状态时的电路不知如何分析，再加上题中各有2个电压值和电流值，学生在解题时更是无所适从。电动机不转动时，此时电路可看作是纯电阻电路，电动机正常转动时是非纯电阻电路。不管电动机转与不转，它的线圈电阻我们认为是不改变的。 （a) （b) （d) （c) Q：电动机能朝一个方向持续转动而不反转的原因是什么？ 换向器：两个半圆形金属 换向器的作用：通过改变电流方向 ——改变通电导线的受力方向 ——通电线圈的转动方向不变 材料： 漆包线、磁铁、电池、 别针、透明胶等 观看视频： 电动汽车的电动机制作过程 奥斯特：丹麦人，1799年毕业于哥本哈根大学， 博士，著名物理学家。 主要成就：通电导体在磁场中受到 力的作用（电动机的原理） 电磁学的开创者 电动机的开山鼻祖 - 奥斯特 法拉第 ：英国的物理学家，站在巨人肩膀上伟大物理学家 第一台电动机的发明者 奥斯特发现了电流的磁效应后，法拉第从中得到启发，认为如果磁铁固定，线圈就可能会运动。更加这种设想，他成功地发明了一种简单的装置。在装置中，只要有电流通过线圈，线圈就会绕着磁铁不停地转动。事实上法拉第发明的是第一台电动机。虽然装置简陋，但它却是今天世界上使用的所有电动机的祖先。这是一项重大的突破。 例．如图所示为一速度选择器，极板的长度为L，匀强电场为E和匀强磁场的强度为B，一带正电粒子以速度v0沿垂直电场和磁场方向射入场区后恰好沿直线通过此区域，现带电粒子沿原方向以速度v射入该场区，则粒子从射入场区到穿出场区的过程中（ ） A．若v＞v0，粒子沿轨迹Ⅰ运动，场区中运动的时间t＞L/v B．若v＞v0，粒子沿轨迹Ⅱ运动，场区中运动的时间t＜L/v C．若v＜v0，粒子沿轨迹Ⅰ运动，场区中运动的时间t＞L/v D．若v＜v0，粒子沿轨迹Ⅱ运动，场区中运动的时间t＜L/v AD 磁流体发电是一项新兴技术，它可以把物体的内能直接转化为电能，右图是它的示意图，平行金属板A、B之间有一个很强的磁场，将一束等粒子体（即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子）喷入磁