Question

韓超同學(xué)學(xué)完電學(xué)知識后，用如圖所示的裝置進(jìn)行物理知識的新探究，他將器材連接好后，保持電源電壓不變，閉合開關(guān)改變滑動變阻器的滑片位置，進(jìn)行了兩次實(shí)驗，并把實(shí)驗數(shù)據(jù)記錄在下表中（g=10N/kg）．

實(shí)驗 次數(shù)	鉤碼的質(zhì)量m（g）	鉤碼升高的高度h（m）	鉤碼上升的時間t（s）	電流表 示數(shù)I（A）	電壓表 示數(shù)U（V）	滑動變阻器滑片位置
1	100	1.0	3.6	0.20	3.0	中點(diǎn)
2	100	1.0	8.0	0.15	1.5	最右端

請你參加韓超同學(xué)的研究，解答下列問題：
（1）在實(shí)驗過程中，發(fā)生了哪些形式的能量轉(zhuǎn)化（指出其中的兩種）
（2）計算第一次實(shí)驗中，電動機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率是多少（不計繩重及繩與滑輪之間的摩擦）
（3）求電源電壓及滑動變阻器的最大阻值．
（4）第二次實(shí)驗中，滑動變阻器消耗的電能是多少？

Answer 1

分析：（1）電動機(jī)轉(zhuǎn)動需要消耗電能，將鉤碼提起而對鉤碼做功，轉(zhuǎn)化為鉤碼的機(jī)械能；由于電流的熱效應(yīng)，給線圈通電后會放出熱量，將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．
（2）電動機(jī)將鉤碼提起而對鉤碼做功，轉(zhuǎn)化為鉤碼的機(jī)械能，根據(jù)公式W_有=Gh=mgh計算出鉤碼的機(jī)械能；再根據(jù)公式W_總=UIt計算出電動機(jī)消耗的電能；再根據(jù)公式η=

W有

W總

×100%計算出電動機(jī)的效率．
（3）在第一次實(shí)驗中，電源電壓U=U_電機(jī)+U_滑=U_電機(jī)+I₁

1

2

R_滑；在第二次實(shí)驗中，電源電壓U=U_電機(jī)′+U_滑′=U_電機(jī)+I₂R_滑．根據(jù)電源電壓不變組成方程式，計算出電源電壓和滑動變阻器的最大阻值．
（4）根據(jù)公式W=I²R_滑t計算出第二次實(shí)驗中滑動變阻器消耗的電能．

解答：解：（1）電動機(jī)將鉤碼提起而對鉤碼做功，電能轉(zhuǎn)化為鉤碼的機(jī)械能；線圈通電后會放出熱量，將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．
故答案為：電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能
（2）第一次實(shí)驗中，鉤碼的機(jī)械能（即電動機(jī)做的有用功）
W_有=Gh=mgh=0.1kg×10N/kg×1m=1J
電動機(jī)消耗的電能
W_總=UIt=3V×0.2A×3.6s=2.16J
電動機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率
η=

W有

W總

=

1J

2.16J

=46%
答：電動機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率是46%．
（3）由串聯(lián)電路特點(diǎn)及歐母定律得，
滑片在中點(diǎn)時，電源電壓U=U_電機(jī)+U_滑=U_電機(jī)+I₁

1

2

R_滑；
當(dāng)滑片在最右端時，電源電壓U=U_電機(jī)′+U_滑′=U_電機(jī)+I₂R_滑．
因為電源電壓不變，
所以，U_電機(jī)+U_滑=U_電機(jī)+I₁

1

2

R_滑=U_電機(jī)′+U_滑′=U_電機(jī)+I₂R_滑
3V+0.2A×

1

2

R_滑=1.5V+0.15A×R_滑
解得：R_滑=30Ω  　　電源電壓U=6V
答：滑動變阻器的最大阻值30Ω；電源電壓為6V．
（4）在第二次實(shí)驗中，滑動變阻器消耗的電能
W=UIt=I²R_滑t=（0.15A）²×30Ω×8s=5.4J
答：第二次實(shí)驗中，滑動變阻器消耗的電能為5.4J．

點(diǎn)評：此題涉及的知識點(diǎn)比較多，有能量的轉(zhuǎn)化、電動機(jī)做的有用功和總功以及電動機(jī)的轉(zhuǎn)化效率、歐姆定律公式的熟練運(yùn)用和電能的有關(guān)計算．是一道電學(xué)綜合計算題，對學(xué)生的能力要求較高，要求同學(xué)們熟練運(yùn)用公式進(jìn)行計算．