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郭文老师和教育部物理《课程标准》及物理教材主编黄恕伯老师 郭文老师：高级物理教师，内蒙古师大物理学院硕士研究生导师，呼和浩特市名师工作室主持人，呼市“国文物理工作室”主持人，新城区名师工作室成员，呼市实验教育集团物理教研组组长。 非纯电阻电路计算题解析 一、例题（本题为2016呼市中考试题） 马剑同学利用如图甲所示电器，测定自己制作的玩具小飞机所需要的电动机工作数据，已知电源电压恒定，当滑动变阻器滑片从一端滑至另一端的过程中，两个电压表的读数与电流表的读数变化关系如图乙所示，当通过电动机的电流大于0.4A时，电动机转子才转动。
（1）开关S闭合前，滑动变阻器滑片应滑至最 端（选填“左”或“右”）；由图可知电源电压为 V，其中 （选填“a”或“b”）是表示V1与A变化的规律； （2）求电动机线圈的电阻和滑动变阻器的最大阻值； （3）在这个过程中，求电动机的最大输出功率；当电动机输出功率最大时，求电动机的效率． 二、试题解析 电路中有电动机工作的电路，我们称之为“非纯电阻电路”，虽然电动机内部只有线圈有电阻，当电动机转动时，线圈电阻的分压并不等于电动机的工作电压。我们可以认为电动机转动时，电动机内部有一个虚拟的电阻和线圈电阻串联。这个虚拟电阻产生机械能，线圈电阻产生热能。这样，电动机内部的线圈电阻和虚拟电阻的分压之和等于电动机的工作电压。电动机的输入功率一般指电动机的总功率，而输出功率指电动机的机械功率。 由题目电路图可知，电动机M与滑动变阻器串联，电压表V1测电动机M两端的电压，电压表V2测电源的电压，电流表测电路中的电流。 为防止电路中电流过大烧坏电动机和电源，闭合开关前滑动变阻器的滑片应处于最大阻值处；由于电源电压恒定，则电压表V2的示数不变，并且可以直接测出电源电压，由于是串联电路，故V1的示数是随变阻器阻值的变化而变化的。 尽管本题属于非纯电阻电路，但题目中有一句重要的描述：“当通过电动机的电流大于0.4A时，电动机转子才转动”。这句话明确告诉我们，当电流小于0.4A时，电动机没有转动，该电路为纯电阻电路。这样，通过图像给出的信息可以求出线圈电阻，以及总电阻，最后求出变阻器的最大阻值。 电动机工作时，消耗的电能转化为机械能和一部分热能。机械能虽然不能直接求出，但是可以通过消耗的电能和产生的热能，间接的求出。当电路中的电流最大时电动机的输出功率最大，根据图象可以直接观察到电路中的最大电流，根据P=UI求出电动机输出的最大功率；根据P=I2R求出线圈电阻的发热功率，输出功率减去发热功率即为电动机输出的机械能功率，输出机械能的功率和电动机输出的最大功率之比即为电动机的效率。 三、解题过程 （1）右；3V；b。 （2）由图像可知，UM=0.2V时， I=0.2A，变阻器阻值最大，此时电机不转，电路为纯电阻电路， R线=UM/I=0.2V/0.2A=1Ω， R=U/I=3V/0.2A=15Ω， R滑=R﹣R线=15Ω﹣1Ω=14Ω； （3）由图象可知，电路中的最大电流 I最大=0.6A， P最大=UI最大=3V×0.6A=1.8W， P热=I2最大R线 =（0.6A）2×1Ω=0.36W， P机械=P最大﹣P热 =1.8W﹣0.36W=1.44W， η=P机械/P最大×100% =1.44W/1.8W×100% =80%． 四、试题评价 这是呼和浩特市2016年中考物理的最后一题，也是我们通常说的压轴题，属于非纯电阻电路的计算。本题考察了滑动变阻器的使用、电路分析、欧姆定律的应用、电功率的计算，非纯电阻电路热量的计算，能量的转化及电动机效率的计算。而且考察了对图像的观察、分析及准确挖掘出图像表达的已知条件，这是一道非常典型的综合题，而且是一道好题。 近几年呼市的中考试题的特点为：紧贴教材，联系生活，联系实际，注重物理基础知识的理解和掌握，注重数学知识在物理中的应用，注重知识的灵活应用，基本杜绝了偏、难、烦这类试题。而且试题的难、中、易比例大体控制在了1:3:6这样一个比例范围。希望考生同学把理解和掌握物理知识作为学习物理的重点，不要一味的热衷偏、难、烦这类练习题，这样做的后果就是背离了中考的方向，同时也浪费了宝贵的时间。 |
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